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Lateglacial Environmental Conditions on the Swiss Plateau a Multi-Proxy

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Lateglacial Environmental Conditions on the Swiss Plateau a Multi-Proxy Zurich Open Repository and Archive University of Zurich Main Library Strickhofstrasse 39 CH-8057 Zurich www.zora.uzh.ch Year: 2007 Lateglacial environmental conditions on the Swiss Plateau : a multi-proxy approach using tree rings and sediment-based proxies Schaub, Matthias Posted at the Zurich Open Repository and Archive, University of Zurich ZORA URL: https://doi.org/10.5167/uzh-163592 Dissertation Published Version Originally published at: Schaub, Matthias. Lateglacial environmental conditions on the Swiss Plateau : a multi-proxy approach using tree rings and sediment-based proxies. 2007, University of Zurich, Faculty of Science. Lateglacial Environmental Conditions on the Swiss Plateau — A Multi-proxy Approach Using Tree Rings and Sediment-based Proxies Dissertation zur Erlangung der naturwissenschaftlichen Doktorwürde (Dr. sc. nat.) vorgelegt der Mathematisch-naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität Zürich von Matthias Schaub von Killwangen AG und Wittinsburg BL Promotionskomitee Prof. Dr. Wilfried Haeberli (Vorsitz) PD Dr. Klaus Felix Kaiser (Leitung der Dissertation) Dr. Bernd Kromer Dr. Roland Wyss Zürich, 2007 Lateglacial Environmental Conditions on the Swiss Plateau — A Multi-proxy Approach Using Tree Rings and Sediment-based Proxies Matthias Schaub 2007 Titelbild: Ein fossiler Föhrenstrunk (Gänziloo #54) direkt nach seiner Freilegung aus dem Sediment des Üetli- bergs (im Hintergrund). Die roten Balken symbolisieren die zeitliche Verteilung der spätglazialen Jahrringserien aus der Region Zürich, geordnet nach ihrem Keimungsjahr (nach: Schaub et al., 2007b). MEINEN ELTERN GERTRAUD & ANTON VORWORT I VORWORT Die vorliegende Arbeit wurde an der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL in Birmensdorf (ZH) und am Geographischen Institut der Universität Zürich erarbeitet und von PD Dr. Klaus Felix Kaiser (Geographisches Institut der Universität Zürich und Eidg. Forschungsan- stalt WSL) geleitet. Als Vorsitzender des Promotionskomitees und zuständiger Fakultätsvertreter am- tete Prof. Dr. Wilfried Haeberli (Geographisches Institut der Universität Zürich). Ausserdem stellten sich Dr. Roland Wyss (Geologiebüro Jäckli, Zürich resp. Geologische Beratungen Dr. R. Wyss GmbH, Frauenfeld) und Dr. Bernd Kromer (Radiokarbonlabor, Heidelberg D) für die Beteiligung im Promoti- onskomitee zur Verfügung. Das vorliegende Dissertationsprojekt wurde vom kantonalen Tiefbauamt Zürich (Abteilung Nati- onalstrassenbau) finanziert und durch die Dr. Heinrich Jäckli AG (Geologie, Geotechnik, Grundwasser) koordiniert. With our short memory, we accept the present climate as normal. L oren E iseley, The unexpected Universe ZUSAMMENFASSUNG III ZUSAMMENFASSUNG Vorbereitende Aushubarbeiten für den Üetliberg-Autobahntunnel förderten ein einzigartiges Re- likt der Klimageschichte ans Tageslicht. 150 fossile Föhrenstrünke im Alter von 14’300 bis 11'200 Jahren cal BP dokumentieren die erste Phase der nacheiszeitlichen Wiederbewaldung im Raum Zürich. Die Bäume speichern Informationen über Umweltbedingungen, sowie individuelles Wuchsverhalten in den Jahrringen und ermöglichen eine annuelle Rekonstruktion der Wachstumsverläufe. Selbst für spätglaziale Phasen markanter klimatischer Rückschläge konnte eine kontinuierliche Bewaldung an den Hängen des Üetlibergs festgestellt werden. Dies führte zu weltweit einzigartigen Funden. Bislang zeigt kein weiteres terrestrisches Archiv (ausser Gänziloo Baum G 05) den Beginn der Jüngeren Dryas (um 12'850 a cal BP) in jährlicher Auflösung. Es gelang, verschiedenste Jahrring- chronologien zu bilden und diese mit Bestehenden zu verlinken. Die bisher längste spätglaziale Chro- nologie (ZH LG_1, 1420 Jahre) konnte gebildet werden. Ausserdem gelang es, die Belegung der allerödzeitlichen Schweizer Chronologien um den Faktor 5 zu erhöhen. In weiterführenden Untersu- chungen wurden verschiedene Gesichtspunkte der Jahrringkunde analysiert. Holzproben wurden zur Verbesserung der 14C Kalibrationskurve verwendet und es gelang, den absolut datierten Jahrringbe- reich um 183 Jahre bis 12'593 Jahre cal BP zu verlängern. In Kombination mit bewährten Methoden zur Rekonstruktion der Umweltbedingungen (Mikro- morphologie der Sedimente, Pollen, Mollusken und Isotope) wurde ein übergreifendes und aussage- kräftiges Bild der Region Zürich zur Zeit des Spätglazials erstellt. Es lassen sich klimatische Ereignisse wie die Ältere Dryas, der Übergang von Bölling zu Alleröd oder die Gerzenseeschwankung in verschiedenen Klimaproxis nachweisen. Die niederfrequenten Signale der Jahrringreihe ZH LG_1 (vormals AL_1) zeigen zeitweise gute Übereinstimmungen mit anderen globalen Klimaarchiven (Meereswarven und Eisablagerungen). Ausserdem lassen sich zu Beginn der Jüngeren Dryas aus den 14C-Verläufen der Jahrringproben und des marinen Archivs der Cariaco Meereswarven Theorien über die atmosphärische 14C-Produktion und die ozeanische Zirkulation entwickeln. Dies ist besonders inte- ressant, da allgemein Störungen der thermohalinen Zirkulation im Nordatlantik als Ursache der Jünge- ren Dryas angesehen werden. Des Weiteren ist der Übergang vom Alleröd in die Jüngere Dryas nicht durch markante Wachstumsreaktionen der Bäume, sondern durch eine ausgeprägte Zunahme der Se- dimentationsraten erkennbar. Speziell während der ersten Jahrhunderte der Jüngeren Dryas verkürzt die erhöhte morphodynamische Aktivität die mittlere Lebensdauer der Bäume erheblich. Die durch- schnittlichen Wachstumsraten jedoch verändern sich kaum. Diese Feststellung lässt vermuten, dass sich die Temperatur beim Wechsel von Alleröd zu Jüngerer Dryas vornehmlich ausserhalb der Vege- tationsperiode veränderte. Bezüglich des Spätglazials weisst eine generelle Synthese der verschiedenen Resultate auf hohe Sedimentationsraten, zeitlich limitierten Bodenfrost und gemässigte Sommertemperaturen hin. Es kann von einer offenen Waldgesellschaft ohne fortgeschrittene Bodenbildung und mit der Temperatur als limitierendem Wachstumsfaktor ausgegangen werden. INHALT V INHALT VORWORT I ZUSAMMENFASSUNG III INHALT V VERZEICHNIS DER ABBILDUNGEN IX VERZEICHNIS DER ABKÜRZUNGEN XI VERZEICHNIS DER JAHRRING - CHRONOLOGIEN XIII 1 EINLEITUNG 1 1.1 Motivation ..............................................................................................................1 1.2 Forschungsziele......................................................................................................3 1.3 Zeitskalen ...............................................................................................................3 1.4 Jahrringforschung im Spätglazial...........................................................................4 1.5 Struktur dieser Arbeit.............................................................................................4 2 SPÄTGLAZIAL 5 2.1 Bölling....................................................................................................................7 2.2 Alleröd....................................................................................................................7 2.3 Jüngere Dryas.........................................................................................................8 2.3.1 Klimatische Veränderungen..................................................................8 2.3.2 Ursachen und globale Folgen...............................................................9 VI INHALT 3 UNTERSUCHUNGSGEBIET 12 3.1 Geologie und Geschichte .....................................................................................12 3.2 Westumfahrung Zürich ........................................................................................13 4 MATERIAL 14 4.1 Fossile Waldföhren ..............................................................................................14 4.2 Sedimente.............................................................................................................16 5 ANALYSEVERFAHREN 17 5.1 Dendrowissenschaften und Radiokarbonanalyse .................................................17 5.1.1 Messverfahren .....................................................................................17 5.1.2 Standardisierung.................................................................................18 5.1.3 Radiokarbonanalyse............................................................................18 5.2 Sedimente.............................................................................................................19 5.2.1 Mikromorphologie...............................................................................19 5.2.2 Pollen ..................................................................................................20 5.2.3 Mollusken ............................................................................................20 5.2.4 Stabile Isotope.....................................................................................21 6 RESULTATE 23 6.1 Dendrowissenschaften und Radiokarbonanalyse .................................................23 6.1.1 Chronologie ZH LG_1 ........................................................................25 6.1.2 Absolut datierte Jahrringchronologie.................................................27 6.2 Sedimente.............................................................................................................29 6.2.1 Mikromorphologie...............................................................................29 6.2.2 Pollen ..................................................................................................31 6.2.3 Mollusken ............................................................................................34
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