Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-809
Main Title: Lipid Biomarkers in Lacustrine Sedimentary Archives
Subtitle: An Inventory and Evaluation as Proxies for Environmental and Climatic Change
Translated Title: Lipid-Biomarker in Lakustrinen Sedimentären Archiven
Translated Subtitle: Inventarisierung und Evaluierung als Proxies für Veränderungen von Umwelt- und Klimabedingungen
Author(s): Fischer, Thomas
Advisor(s): Horsfield, Brian
Granting Institution: Technische Universität Berlin, ehemalige Fakultät VI - Bauingenieurwesen und Angewandte Geowissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Sedimente von zwei Maar-Seen, eine Sonderform von Kraterseen vulkanischen Ursprungs, wurden für die vorliegende Untersuchung als Archive ausgewählt. Detektierte Änderungen der Quellen des löslichen organischen Materials wurden mit umweltspezifischen und klimatischen Änderungen korreliert. Um den regionalen Charakter dieser Untersuchung zu überwinden, wurden Sedimente des Großen Treppelsee im Osten Brandenburgs unter der gleichen Zielsetzung untersucht. Ein ausgewählter Profilabschnitt des Meerfelder Maars, der die Jüngere Dryas und den Übergang zum frühen Holozän enthält, wurde schließlich untersucht, um die Reaktion der Vegetation auf die klimatischen Veränderungen möglichst detailliert zu untersuchen. Die Lipide wurden extrahiert und anschließend in Substanzklassen getrennt. Die Fraktionen der aliphatischen Kohlenwasserstoffe, der Karbonsäuren sowie der Alkohole und Sterole wurden mittels Gaschromatographie (GC) und Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) inventarisiert. Durch die Verwendung verschiedener Parameter konnte ein guter Erhaltungszustand der untersuchten sedimentären Archive bestätigt werden. Ein teilweiser Verlust von organischem Material konnte zwar nicht ausgeschlossen werden, aber die Zusammensetzung des organischen Materials erwies sich als gering durch diagenetische Effekte überprägt. Anschließend wurden die detektierten Lipide ihren Quell-Organismen bzw. Organismengruppen zugeordnet. Im Falle der gesättigten, unverzweigten Lipide konnte die allgemein akzeptierte Zuordnung zu aquatischen Organismen bzw. Landpflanzen durch Clusteranalyse bestätigt werden. Aufgrund der Ergebnisse mussten jedoch die in jüngster Zeit vorgeschlagenen Proxy-Verbindungen für aquatische Macrophyten im mittleren Kettenlängenbereich modifiziert werden. Die Anwendung der Ergebnisse auf die untersuchten Sedimentprofile ergab einen bedeutenden Beitrag terrestrischer Vegetation, die sich nach der letzten Eiszeit in den Einzugsgebieten entwickelte, zum sedimentären organischen Material. Wesentliche Unterschiede im Wachstum aquatischer Macrophyten fanden sich darüber hinaus zwischen den beiden Maarseen. Die Variationen der verschiedenen Quellen organischen Materials in den untersuchten Seen und deren Einzugsgebieten bildeten schließlich den Rahmen zur Rekonstruktion der Entwicklung von Umwelt- bzw. Klimabedingungen. Neben der Rekonstruktion der generellen Klimaverbesserung am Übergang von der letzten Eiszeit zum Holozän und weiter zum Holozänen Optimum, die sowohl die autochthone als auch die allochthone Produktivität beeinflusst hat, konnte auch ein lokales Phänomen des Meerfelder Maars anhand verschiedener Biomarker-Parameter nachgewiesen werden. Ein gegenüber heute leicht erhöhter Wasserspiegel während des Holozänen Optimums hat offensichtlich zur Ausbildung einer ausgedehnten Flachwasserzone geführt. Die hierdurch veränderte Zusammensetzung des Ökosystems spiegelt sich in der Zusammensetzung zahlreicher Biomarker-Parameter wider. Die Untersuchung eines zeitlich hochaufgelösten Profilabschnitts aus dem Meerfelder Maar trägt schließlich entscheidend zur derzeitigen Diskussion über Klimaveränderungen während der Jüngeren Dryas bei. Die Daten des untersuchten Profilabschnitts zeigen eine deutliche und zeitlich scharf abgegrenzte Veränderung der Zusammensetzung des sedimentären organischen Materials. Eine vermutete Änderung des Laufes des Meerbaches in das Meerfelder Maar hinein während der späteren Jüngeren Dryas kann die abrupte Änderung der Zusammensetzung des organischen Material erklären. Die kontinuierlicheren Variationen anderer Parameter sind jedoch eher auf klimatisch bedingte Veränderungen der Vegetation im Einzugsgebiet des Meerfelder Maars zurückzuführen.
Sediments of two maar lakes, a special form of crater lakes, have been selected as sedimentary records for the study presented here. Detected changes in organic matter contributing sources were correlated to environmental and climatic changes. In order to overcome the reginal scale of this investigation, sediments from Lake Großer Treppelsee, eastern Brandenburg, were added to this study and investigated under the same programme. A selected section of Lake Meerfelder Maar sedimentary profile including the Younger Dryas cold period and the transition to the early Holocene was finally analysed to detect vegetation response to climatic change in high detail. Lipids were extracted and separated into compound specific fractions. The fractions of aliphatic hydrocarbons, carboxylic acids and alcohols plus sterols were inventoried by means of gas chromatography (GC) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). Using three different parameters, it could be confirmed that the investigated sedimentary records are well preserved. A partial loss of organic matter could not be excluded, however, the organic matter composition was found to be not overprinted by diagenetic effects by far. At next, detected lipids were assigned to their respective source- and/or source organism groups. In the case of normal chain lipids, the generally accepted assignment to aquatic sources and land plants could be confirmed by cluster analysis. Based on this analysis, the recently suggested marker molecules of aquatic macrophytes in the middle chain length range, however, had to be modified du to a slightly different assignment of the respective homologues. The application of these findings to the investigated sedimentary profiles identified a prominent contribution of higher land plants to the sedimentary organic matter fraction of all three profiles, that developed after the last Glacial. Important differences in aquatic macrophyte growth were further found between the two Eifel Maar Lakes. The changing composition of the organic matter contributors in and around the investigated lakes was finally used as a framework to asses the development of environmental and/or climatic conditions in the respective catchment areas. Beside the reconstruction of the climate amelioration at the late Glacial/early Holocene transition and further towards the Holocene climate optimum, that was shown to effect both autochthonous and allochthonous productivity, a regional phenomenon of Lake Meerfelder Maar became obvious from various biomarker parameters. Accordingly, a slightly increased lake level during the Holocene climate optimum seems to have caused an extensive shallow water zone. The consequently changed composition of the ecosystem was shown to be reflected in the biomarker composition. The investigation of the temporally high resolved core section of Lake Meerfelder Maar finally substantially supported the recent discussion on climatic change during the Younger Dryas period. The data of the investigated profile section yielded a significant and sharp shift in the composition of the sedimentary organic matter during the Younger Dryas. A supposed change of the Meerbach stream into Lake Meerfelder Maar during the late Younger Dryas might explain the abrupt shifts. The more continuous shifts of other proxy compounds, however, also support a climatically driven change of the vegetation in the catchment area of Lake Meerfelder Maar.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-7108
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1106
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-809
Exam Date: 26-Nov-2003
Issue Date: 10-Feb-2004
Date Available: 10-Feb-2004
DDC Class: 550 Geowissenschaften
Subject(s): Biomarker
Eifelmaare
Paläoklima
Biomarker
Eifel Maar Lakes
Paleoclimate
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