Rekonstruktion des Spätglazialen und Holozänen Indischen Sommer-Monsuns mittels 18 O-Isotopen-Untersuchungen an Hochgebirgs-Seesedimenten im Helambu Himal, Nepal. Michael Zech Mario Tuthorn, Roland Zech, Wolfgang Zech, Bruno Glaser Abteilung Bodenphysik & Lehrstuhl für Geomorphologie, Universität Bayreuth Bodenbiogeochemie, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg 1
d 18 O als Klimaproxy O 18 O H H H H 16 O 99.76% 18 O 0.2% Breitengrad-Effekt / Kontinentalitäts-Effekt Höhen-Effekt Mengen-Effekt Source-Effekt d 18 O > 0 d 18 O < 0 2
d 18 O als Klimaproxy Temperatur-Effekt (Araguas, 2000) Anwendungen: H 2 O CaCO 3 SiO 2 Zellul se Eisbohr-Kerne Stalagmiten, Foraminiferen, Ostrakoden Diatomeen Baumringen 3
Thompson et al. 2005 Eisbohr-Kerne Chronologie problematisch 4
Seesedimente: 18 O an Ostracoden 14 C-Reservoir-Effekt Ostracoden-Häufigkeit High Himalaya and Tibetan Plateau are still missing a well-dated and highresolution 18 O record for the Late Glacial Herausforderung in der Hochgebirgsforschung! Mischke et al. (2010) Liu et al. (2007) 5
Panch Pokhari See, 4050 m ü.nn, Helambu Himal, Nepal 6
Panch Pokhari See, 4050 m ü.nn, Helambu Himal, Nepal 7
Depth (cm) core N2g core N2f core N2e core N2d core N2c core N2b core N2a 0 TOC (%) sediment core N2 0 4 8 12 16 20 14 C-ages (cal a BP) 100 3476 ± 69 200 4597 ± 130 7081 ± 118 300 9930 ± 160 Early Holocene 400 11349 ± 89 12788 ± 73 14369 ± 290 11311 ± 76 Younger Dryas Bølling/ Allerød 14 C-ages (cal a BP) 15804 ± 424 0 4 8 12 16 20 TOC (%) sediment core N1 Deglaciation 8
18 O an aquatischer (Hemi-)Zellulose von Seesedimenten? aquatic (hemi-)cellulose TC/EA CO H 2 IRMS Sediment Probe m/z 28 C 16 O m/z 30 C 18 O Probleme: Extraktion, Aufreinigung, Hygroskopie 9
Entwicklung einer neuen 18 O Methode (Zech and Glaser, 2009. RCM) GC-Py-IRMS Gas Chromatography Pyrolysis Isotope Ratio Mass Spectrometry cellulose, hemicellulose, lignin, clay minerals, minerals etc. Bulk soil/sediment/ wood sample hydrolysis purification Monosaccharides glucose, arabinose, xylose derivatives derivatisation injection CO GC Py IRMS H 2 1 2 (1) Arabinose, (2) Xylose 10
Isotopen-Analytik gekoppelt mit Biomarker-Analytik 11
Panch Pokhari See, 4050 m ü.nn, Helambu Himal, Nepal Depth (cm) 0 14C-ages in (cal a BP) d 18 O arabinose ( ) 20 25 30 35 40 45 d 18 O xylose ( ) 12 16 20 24 28 32 Interpretation? 100 3476 ± 69 Höhen-Effekt 4597 ± 130 Source-Effekt Temperatur-Éffekt 200 7081 Mengen-Effect ± 118 300 Evaporative 18 O-enrichement 9930 ± 160 Early Holocene 400 11311 ± 76 12788 ± 73 14369 ± 290 15804 ± 424 Younger Dryas Bølling/ Allerød Deglaciation 0 4 8 12 16 20 TOC (%) 20 24 28 32 36 40 d 18 O fucose ( ) 12
westerlies Indian Summer Monsoon 13
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Panch Pokhari See, 4050 m ü.nn, Helambu Himal, Nepal Depth (cm) 0 14C-ages in (cal a BP) d 18 O arabinose ( ) 20 25 30 35 40 45 d 18 O xylose ( ) 12 16 20 24 28 32 Interpretation? 100 3476 ± 69 Höhen-Effekt 4597 ± 130 Source-Effekt Temperatur-Éffekt 200 7081 Mengen-Effect ± 118 300 Evaporative 18 O-enrichement 9930 ± 160 Early Holocene 400 11311 ± 76 12788 ± 73 14369 ± 290 15804 ± 424 Younger Dryas Bølling/ Allerød Deglaciation 0 4 8 12 16 20 TOC (%) 20 24 28 32 36 40 d 18 O fucose ( ) 15
Tian et al. 2003 16
Panch Pokhari See, 4050 m ü.nn, Helambu Himal, Nepal Depth (cm) 0 14C-ages in (cal a BP) d 18 O arabinose ( ) 20 25 30 35 40 45 d 18 O xylose ( ) 12 16 20 24 28 32 Interpretation? 100 3476 ± 69 Höhen-Effekt Temperatur-Éffekt 200 300 4597 ± 130 Source-Effekt 7081 Mengen-Effect ± 118 Evaporative 18 O-enrichement 9930 ± 160 Variabilität des Indischen Summer Monsuns Early Holocene 400 11311 ± 76 12788 ± 73 14369 ± 290 15804 ± 424 Younger Dryas Bølling/ Allerød Deglaciation 0 4 8 12 16 20 TOC (%) 20 24 28 32 36 40 d 18 O fucose ( ) 17
Indian Summer Monsoon East Asian Summer Monsoon North Atlantic climate system Teleconnections 18
Rekonstruktion des Spätglazialen und Holozänen Indischen Sommer-Monsuns mittels 18 O-Isotopen-Untersuchungen an Hochgebirgs-Seesedimenten im Helambu Himal, Nepal. Zusammenfassung: Die Panch Pokhari Seesedimente sind ein wertvolles Spätglaziales und Frühholozänes Klimaarchiv GC-Py-IRMS d 18 O-Analysen von Zucker Biomarkern in Seesedimenten sind ein neues viel versprechendes Werkzeug in der Paläoklima-Forschung Die Panch Pokhari 18 O Klimakurve spiegelt im Wesentlichen die Variabilität des Indischen Sommer-Monsuns wider Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 19
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Depth (cm) 0 14C-ages in (cal a BP) d 18 O arabinose ( ) 20 25 30 35 40 45 d 18 O xylose ( ) 12 16 20 24 28 32 dd C29-280 -240-200 -160-120 3476 ± 69 100 4597 ± 130 200 7081 ± 118 300 9930 ± 160 Early Holocene 400 11311 ± 76 12788 ± 73 14369 ± 290 15804 ± 424 Younger Dryas Bølling/ Allerød Deglaciation 0 4 8 12 16 20 TOC (%) 20 24 28 32 36 40 d 18 O fucose ( ) -240-220 -200-180 -160 dd C27-280 -240-200 -160-120 dd C31 21
Absence of oxygen exchange reactions (Zech et al., 2011, Organic Geochemistry) Absence of oxygen isotope fractionation during litter decomposition? 22
Second application: Climate sensitivity of our 18 O-proxy? 23
Nukleophiler Angriff eines Zucker-O-Atoms an der Lewis-Säure MBA (Pizer and Tihal, 1992). 24
Silylierungsreaktion mit BSTFA. Im Falle der Derivatisierung von Zuckern ist Y = O-Zucker und greift in einer nukleophilen Substitution erster Ordnung am sauerstoffgebundenen Silizium von BSTFA an (Little, 1999) 25
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Absence of oxygen exchange reactions (Zech et al., 2011, Organic Geochemistry) 18 O water hydrolysis with 18 O water tab water 18 O water tab water then tab water Myo-Inositol 28
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Erste Anwendung Absence of oxygen isotope fractionation/exchange of (hemi-) cellulose-derived sugars during litter decomposition (resubmitted to Organic Geochemistry) 31
Tumara palaeosol sequence Zech et al., 2008. Characterisation and palaeoclimate of a loess-like permafrost palaeosol sequence in NE Siberia, Geoderma 143, pp 281-295 32
Höhe (m ü. NN) Höhe (m ü. NN) Altitude Effect on Mt. Kilimanjaro D/H Niederschlag d 18 O Niederschlag 4000 4000 3500 3500 3000 3000 2500 2500 2000 2000 1500-40 -30-20 -10 0 dd Werte [ ] 1500-6 -5-4 -3-2 d 18 O Werte [ ] 33