Inhaltszusammenfassung:
Afrika ist aufgrund des globalen Klimawandels im Quartär sehr anfällig für Umwelt- und hydroklimatische Veränderungen. Diese Tatsache wirkt sich nicht nur auf moderne Populationen, sondern auch auf frühere Hominini aus. In ganz Afrika und besonders im Osten, kommt es in kurzen Zeiträumen zu massiven Veränderungen in der Niederschlagsmenge und folglich in den Seespiegeln. Wo sich heute beispielweise eine hyperaride Region befindet, waren vor nur 5000 Jahren 300 Meter tiefe Seen. Für die Vorbereitung auf den Menschen verursachten Klimawandel sowie für die Erforschung von Umweltvariablen, welche die physische und technologische Entwicklung der Menschen in der Vergangenheit mitbestimmt haben, ist die Ermittlung, wie sich globale Kräfte auf die lokale Umwelt auswirken, von entscheidender Bedeutung. Moderne Studien zur Bestimmung klimatischer Einflüsse auf die Seetiefe und die Hydrochemie sowie Multiproxymessungen an Paläoseen zur Rekonstruktion vergangenen Hydroklimas sind notwendig, um festzustellen, wie sich der globale und von dynamischen Prozessen gesteuerte Klimawandel im Laufe der Zeit auf bestimmte Regionen auswirkt. Ein besseres Verständnis der afrikanischen Umwelt durch die kontinuierliche Erforschung der Seepegel und Umwelt des Quartärs hilft dabei, die Entwicklung der frühen Menschen zu beleuchten und gibt den regionalen Regierungen Methoden sich auf künftige Klimaveränderungen vorzubereiten. Basierend auf der Variabilität der Seen in Afrika präsentiert diese Studie eine Aufarbeitung dieser Themen anhand chronologischer und methodischer Faktoren.
Das erste Kapitel untersucht die Seespiegel des Paläosees Suguta in Kenia während des frühen und mittleren Pleistozäns (Early-Middle Pleistocene Transition, EMPT). Der EMPT zwischen 1200 und 700 ka stellt einen bedeutenden globalen Klimaübergang aus glazialen Zyklen dar, die von 41.000- bis 100.000-jährigen Zeitperioden dominiert werden. Bis heute sind diese Mechanismen, die diesen Übergang verursachten, und die Reaktion der afrikanischen Seen darauf nicht abschließend geklärt. Im Paläosee Suguta haben sich jedoch seltene lakustrine Sedimente aus dem EMPT-Zeitalter erhalten, die wertvolle paläoökologische Anhaltspunkte liefern. Unter Verwendung von Diatomeenmorphologien, Sedimentologie und Röntgenfluoreszenzdaten von einem 41-m große Aufschluss präsentiert diese Studie eine Rekonstruktion der hydrologischen Veränderungen während des EMPT. Aus diesen Daten geht hervor, dass der Paläosee Suguta von etwa 935 bis 905 ka relativ stabil war, gefolgt von einer Periode trockener Bedingungen, und letztlich einer wechselhafteren Phase zwischen etwa 885 bis 830 ka. Während dieser volatilen Phase enwickelte sich der Paläosee Suguta von einem tiefen, geschichteten See über einen flachen, durchmischten See bis hin zu einer vollständig ausgetrockneten Seensohle mit nur kurzen Zeitspannen zwischen diesen Stadien. Nach 830 ka wird das Becken trockener mit Hinweisen auf Perioden eines sumpfigeren Überschwemmungsgebiets. Diese Aufzeichnungen zeigen die Komplexität der Veränderungen in Ökologie und des Seespiegels während des EMPT und tragen dazu bei, zu verstehen, wie der EMPT die lokale Umwelt beeinflusste, welche wiederum die Entwicklung und Migration der Hominini im mittleren Pleistozän in Ostafrika maßgeblich prägte.
Das zweite Kapitel behandelt den Nakurusee, einem Verstärkersee in Zentralkenia, während der letzten 35.000 Jahre, einschließlich des letzteiszeitlichen Maximum (Last Glacial Maximum, LGM, 26,5 bis 19 ka) und der afrikanischen Feuchtperiode (African Humid Period, AHP, 15 bis 5 ka). Während allgemeine Trends in Bezug auf die Umweltbedingungen in Ostafrika, die sich aus dem LGM und der AHP ergeben haben, hinreichend erforscht sind, ist über die Geschwindigkeit der Transformationsprozesse dieser Perioden und die Umweltvariabilitäten in den einzelnen Perioden nur wenig bekannt. “Amplifier“-Seen – welche wie der Nakurusee in kleinen Riftbecken liegen und demnach Klimasignale verstärken – sind von entscheidender Bedeutung für das Verständnis der Geschwindigkeit von Umweltveränderungen als Reaktion auf den globalen Klimawandel in größerem Maßstab. In dieser Forschungsarbeit wird untersucht, wie sich der Nakurusee – ein flacher, alkalischer See – von etwa 35 ka während des LGM und der AHP als Reaktion auf globale Klimaveränderungen verändert hat. Der Datensatz umfasst hochauflösende Proben mit einer Auflösung von 5 cm aus den oberen 11,5 Meter von zwei doppelten 17 Meter Bohrkernen, die 2004 im Rahmen des Lake Naivasha Coring Project entnommen wurden. Eine Chronologie des Bohrkerns enthaltet mit einem neu entwickelten Altersmodell basiert von AMS 14C Holzkohle und 40Ar/39Ar Datierung aus separaten Tephraschichten entwickelt wurden. Mit Korngrößenanalysen, Röntgenfluoreszenzdaten und der Identifizierung von Diatomeen wird in dieser Forschungsarbeit die hochauflösende Variabilität des Nakurusees über bekannte dynamische Phasen des afrikanischen Klimas hinweg untersucht. Die Aufzeichnungen deuten darauf hin, dass sich in den letzten 35.000 Jahren anoxische Tone mit geringem Artenreichtum und reichlich Thalassiosira rudolfi (Bachmann) Hasle – einer Taxa mit hoher Leistungsfähigkeits- und pH-Präferenz – ablagerten, die auf hochproduktive und/oder tiefere Gewässer mit begrenzter Durchmischung hinweisen und somit möglicherweise mit den Niederschlagsereignissen des Dansgaard-Oeschger-Zyklus im späten Pleistozän zusammenhängen. Diese anoxischen Phasen könnten auch mit dem hochalkalischen Eruptivgestein, welches das Becken umgibt und der Ablagerung von vulkanischen Nährstoffen, die zu Algenblüten führten, zusammenhängen. Durch die Rekonstruktion der Paläolimnologie des Nakurusees über dynamische globale Klimaphasen hinweg wollen wir zu einem besseren Verständnis dafür beitragen, wie sich großräumige Systeme auf kleinräumige Systeme auswirken, die für den aktuellen Klimawandel besonders anfällig sind.
Das dritte Kapitel ist eine moderne Studie zur Hydrochemie auf dem Humpata-Plateau im Angola. Diatomeen sind wirksame und kostengünstige Paläoklima- und Verschmutzungsindikatoren für moderne Wassersysteme. Sie wurden im nördlichen, östlichen und südlichen Afrika als solche verwendet, da ihre Ökologie in diesen Regionen gut dokumentiert ist, aber da ist in Angola eine große Lücke bei modernen Assemblage-Studien gibt. Leider tretet deshalb da diese kostengünstige Methode für Wasserqualitätsstudien weniger zuverlässig auf. Um diese Lücke zu schließen, wurden in der Trockenzeit im Juli 2019 in vier Gewässern auf dem Humpata-Plateau im Südwesten Angolas moderne Diatomeen beprobt, wobei Messungen vor Ort des pH-Werts, der Leitfähigkeit und der gesamten gelösten Feststoffe sowie Laboranalysen von Kationen und Anionen durchgeführt wurden. Es wurde festgestellt, dass der Felsgestein die lokale Hydrochemie bestimmt und dass Diatomeen im Südwesten Angolas Aufschluss über relative Leitfähigkeiten und trophische Ebenen geben können. Begrenzte Daten erschweren die Interpretationen der ökologischen Präferenzen von Diatomeen in Bezug auf pH-Wert, Temperatur, Alkalinität, Ionen und Verschmutzung und erfordern weitere Analysen. Diese Forschungsarbeiten sind sowohl für afrikanische Diatomeenforscher von Nutzen, die genaue Übertragungsfunktionen in ganz Afrika nutzen wollen, um das Paläoklima zu rekonstruieren, als auch für lokale Gemeinschaften und Hydrologen, die an einem Verständnis der Wasserchemie und -verschmutzung interessiert sind, da die untersuchten Standorte lebenswichtige Wasserressourcen für die lokalen Gemeinschaften. Darüber hinaus wird die Überwachung der Diatomeengemeinschaften in Zukunft einen Vergleich ermöglichen, um besser zu verstehen, wie sich der anthropogene Klimawandel auf die Hydrochemie des Humpata-Plateaus auswirkt.
Insgesamt bietet diese Dissertation einen Überblick darüber, wie Klimaveränderungen zu Schwankungen in den Wasserständen und der Chemie der Seen führen können. Die Rekonstruktion der Dynamik von Paläoseen gibt Aufschluss über variable Umgebungen, insbesondere als Reaktion auf Veränderungen des globalen Klimas. Diese Veränderungen haben Auswirkungen auf Flora und Fauna, von Diatomeen bis hin zu Menschen und unseren homininen Vorfahren. Indem wir die limnologische Variabilität in der Vergangenheit verstehen, können wir nachvollziehen, wie Homini durch die Landschaft gewandert sein könnten oder warum es zu Übergängen in vergangenen Kulturen gekommen sein könnte. Darüber hinaus können wir durch das Verständnis der modernen Veränderungen in der Hydrochemie Gemeinschaften besser vorbereiten, die Wasser für ihre Gesellschaft benötigen, aber durch den modernen Klimawandel unglaublich verwundbar sind. Wenn wir vergangene und gegenwärtige limnologische Systeme verstehen, können wir den Planeten, unsere Geschichte und die klimatische Zukunft besser verstehen.
Diatoms