Investigations of the geomorphologic and pedologic system of sedimentary vega deposits from Lanzarote (Canary Islands) supported by luminescence dating – important steps towards their palaeoclimatic interpretation

Titelangaben

von Suchodoletz, Hans:
Investigations of the geomorphologic and pedologic system of sedimentary vega deposits from Lanzarote (Canary Islands) supported by luminescence dating – important steps towards their palaeoclimatic interpretation.
Bayreuth , 2007
( Dissertation, 2008 , Universität Bayreuth, Fakultät für Biologie, Chemie und Geowissenschaften)

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Abstract

On Lanzarote (Canary Islands/Spain), sequences similar to loess-palaeosol-sequences from other regions developed in dammed volcanic valleys during the Middle and Late Pleistocene. Based on former investigations, we assumed that these sequences could serve as palaeoclimate archives for the NW-African region, an area characterised by a lack of investigations from continuous terrestrial palaeoclimate archives. The material deposited in the valleys consists of Saharan dust as well as of local volcanic material. Due to their location in valley positions and adjacent strongly eroded slopes it is obvious that these sequences do not represent classic loess-palaeosol-archives. Instead, they must consist of a mixture of in situ aeolian fallout as well as of sediments derived from colluvial input from the slopes. Consequently, prior to a correct palaeoclimatic interpretation the geomorphologic character of the archives and the properties of their sediments must be analysed. Thus, in this study we intensively investigate the geomorphologic and pedologic system, combining geomorphologic mapping and quantitative GIS-calculations with sedimentological-pedological methods (grain size, XRD, rock magnetic und pedologic analyses as well as investigation of micromorphologic properties). Furthermore, we built up a chronostratigraphy using different luminescence-methods (quartz coarse- and fine grain-OSL, polymineral fine grain-IRSL). Fundamental investigations on the bleaching-behaviour of recent Saharan dust and colluvial sediments on Lanzarote demonstrate, that in spite of partial insufficient bleaching of the luminescence signal a dating of the valley-bottom sediments is possible. These datings were supported by a correlation of local kaolinite-contents with iron and kaolinite contents from nearby marine cores as well as a stratigraphic correlation between different profiles. Thus, we could establish a chronostratigraphy for the last 180 ka. We demonstrate that outcropped sediments were deposited almost continuously from the Middle Pleistocen until the Holocene, wheras the uppermost sections of the profiles consist of anthropogenic colluvia which can not be interpreted in a palaeoclimatic way. The alternation of reddish-clayey and yellowish-silty layers tracks changes of soil humidity on Lanzarote rather than variations of the composition of Saharan dust. Due to the colluvial dynamics of the valleys, reddish-silty layers in the valley bottoms are no palaeosoils sensu strictu but mainly consist of colluvial soil sediments originating from pedogenesis on the slopes. These soils as well as unweathered material were eroded and deposited with high frequency and low amplitude. Thus, their sedimentation age in the valley bottoms is close to the primary time of aeolian deposition on the slopes and the formation of pedogenetic properties. These findings allow a palaeoclimatic interpretation of the sediment sequences. We could demonstrate that glacials and stadials were characterised by higher soil moisture than interglacials and interstadials. When comparing our results with other palaeoclimatic studies from a broader region, we can show that the causes for periods of enhanced humidity were westerly cyclones using a more southern way than at recent, as well as lowered sea and air temperatures in the area of the Canary Islands. During some periods, soil humidity was possibly occasionally amplified by a northward advance of the African summer monsoon up to the latitude of Lanzarote. Although we are not able to directly derive palaeoprecipitation values from soil moisture, we can show that maximal precipitation values must have been in the the range of ca. 560 mm/a. Our results demonstrate that during most of the investigated period of the Late Quaternary the climate of Lanzarote was influenced by northern high latitude processes. Furthermore, during most of the investigated period the recent aridity of the island was somewhat mitigated.

Abstract in weiterer Sprache

Auf Lanzarote (Kanarische Inseln/Spanien) haben sich während des Mittel- und Spätpleistozäns in abgedämmten vulkanischen Tälern Sequenzen aus lössähnlichen Sedimenten und Paläoböden entwickelt. Diese ließen aufgrund von Vorarbeiten ein Potenzial als Paläoklimaarchive für den NW-afrikanischen Raum vermuten, eine Region welche bisher durch einen Mangel an Untersuchungen kontinuierlicher terrestrischer Paläoklimaarchive gekennzeichnet ist. Das in den Tälern sedimentierte Material besteht zum einen aus Saharastaub und zum anderen aus lokalem vulkanischen Material. Aufgrund der Talposition der Archive und der stark erodierten Talhänge ist jedoch offensichtlich, dass diese Sequenzen keineswegs klassische Löss-Paläobodenarchive darstellen. Vielmehr bestehen sie aus einer Mischung von äolisch in situ und durch kolluviale Hangprozesse abgelagerten Sedimenten. Dies bedeutet, dass vor einer korrekten paläoklimatischen Interpretation grundlegende Untersuchungen zum Charakter der Archive und Sedimente stehen müssen. Daher wurden in dieser Arbeit das geomorphologische und pedologische System intensiv untersucht, wobei geomorphologische Kartierungen und Berechnungen mit GIS mit sedimentologisch-pedologischen Methoden (Korngrößen-, XRD-, Gesteinsmagnetik- und pedogene Analysen sowie Untersuchungen mikromorphologischer Eigenschaften) verbunden wurden. Gleichzeitig wurde auf Basis von Lumineszenzdatierungen (Quarzgrob- und Feinkorn -OSL, polymineralische Feinkorn-IRSL) eine Chronostratigraphie erstellt. Grundlegende Untersuchungen des Bleichverhaltens von rezentem Saharastaub und kolluvialen Sedimenten auf Lanzarote ergaben, dass trotz auftretender Probleme bei der Nullstellung des Lumineszenzsignals eine Datierung der Talbodensedimente möglich ist. Diese Datierungen wurden durch eine Korrelation zwischen lokalen Kaolinitgehalten und Eisen- und Kaolinitgehalten aus benachbarten marinen Kernen sowie eine stratigraphische Korrelation zwischen den verschiedenen Profilen abgesichert. Auf diese Weise konnte eine Chronostratigraphie für die letzten 180 ka erstellt werden. Es zeigt sich, dass die aufgeschlossenen Sedimente fast kontinuierlich vom Mittelpleistozän bis zum Holozän abgelagert wurden, wobei die obersten Teile der Profile aus paläoklimatisch nicht interpretierbaren anthropogen beeinflussten Kolluvien bestehen. Der Wechsel von rötlich-tonigen und gelblich-siltigen Schichten bildet Änderungen der Bodenfeuchtigkeit auf der Insel selbst ab, und wird nicht durch Änderungen der Zusammensetzung des Saharastaubeintrags beeinflusst. Aufgrund der kolluvialen Dynamik der Täler stellen die rötlich-tonigen Schichten jedoch keine Paläoböden im engeren Sinne dar, sondern bestehen zum größten Teil aus vom Hang verlagerten Bodensedimenten, welche ebenso wie die unverwitterten Sedimente mit hoher Frequenz und geringer Magnitude in die Talböden eingetragen wurden. Daher liegt das Sedimentationsalter des Materials in den Talböden sehr nahe am Zeitpunkt seiner primären äolischen Ablagerung auf den Hängen sowie dem Zeitung seiner pedogenen Überprägung. Diese Erkenntnisse erlauben eine Interpretation der Sedimentabfolge in paläoklimatischer Hinsicht. So wird offenbar, dass Glazial- und Stadialzeiten offenbar von einer höheren Bodenfeuchtigkeit als Interglazial- und Interstadialzeiten gekennzeichnet waren. Im Vergleich mit anderen paläoklimatischen Arbeiten aus dem näheren und weiteren Umfeld können wir zeigen, dass die Ursache für Zeiten erhöhter Feuchtigkeit wahrscheinlich südlich ziehende Zyklonen der Westwindzirkulation im Zusammenspiel mit verringerten Meeres- und Lufttemperaturen im Gebiet der Kanarischen Inseln waren, evtl. gelegentlich verstärkt von einem weit nach Norden bis zu den Kanarischen Inseln vordringendem afrikanischen Sommermonsun. Obwohl von der Bodenfeuchte nicht direkt auf Paläoniederschläge geschlossen werden kann, so ist es doch möglich zu zeigen dass maximale Niederschläge in einem Bereich um ca. 560 mm/a gelegen haben müssen. Unsere Ergebnisse belegen, dass das Klima Lanzarotes den größten Teil des untersuchten Zeitraums im Spätquartär von Prozessen der hohen nördlichen Breiten beeinflusst wurde, und dass die derzeitig herrschende Aridität während langer Perioden offenbar etwas abgemildert war.