Wuermian glaciation and climate in the western Mediterranean based on investigations in the mountain chain of Corsica

Abstract

Based on new reconstructions of the ultimate glaciation and the corresponding ELA depression in Corsica constrained by cosmogenic and luminescence age dating, a new climatic model is evolved for the Last Glacial Maximum (LGM) in the Western Mediterranean. Dating of Corsican glacial sediments and glacially abraded rock surfaces generally confirmed the previously described four glacier advances during the Wuermian. Large, well preserved moraines and moraine quartets belong to a widespread glaciation that started around 24 kyr and lasted until 19 kyr with subsequent moraine stabilisation by about 18 kyr. This glaciation correlates with the cold phase of Heinrich event (HE) 2 and the LGM of the Mediterranean and the North Atlantic. Two subsequent phases of smaller valley glacier advances from 17 to 14 kyr and from 13 to 11 kyr are correlated with the Oldest (OD) and Younger Dryas (YD) continental cold spells, and marine cold spells of HE1 and HE0. Locally, the Wuermian maximum ice extent precedes the global LGM. Luminescence dating suggests an age around 30 kyr (HE3) whereas a glacier advance in the early Wuermian (HE6/~MIS4) is not confirmed by age dating. The difference in extent between HE3 and HE2/LGM is quite variable. Stronger glacier advances during the penultimate and older glaciations, as postulated in older works particularly for the Rissian (~MIS6), has been substantiated with few more data, but the timing and the extent remain unknown for most of Corsica. Dating results and mapping enabled a reconstruction of the glacier extent for three phases of the Wuermian glaciation, which are the LGM, the OD, and the YD. These results served as a base for equilibrium line altitude (ELA) reconstructions. With an average ELA of 1573 m the LGM was 9.5 °C colder than the Present, if the effect of precipitation of the ELA is excluded. Regional changes in the ELA pattern and their associated first-order de-convolution of underlying temperature and precipitation components of the three cold phases from the LGM over the Oldest to the Younger Dryas revealed a trend towards a dryer Mistral (NW wind) and increasing moisture supply from the SW. The climate reconstructions for the Oldest and Younger Dryas indicate a stepwise transition from full glacial (LGM) to interglacial (Present) atmospheric conditions. The climatic conditions especially at the margins of the island differ considerably between the LGM and the Present and are explained by changes of the larger scale atmospheric circulation that is reflected by the ELA pattern in Mediterranean scale. All available Mediterranean ELA data were incorporated in a new Mediterranean ELA map of the LGM. The ELA depression as the elevation difference between the ELA in the LGM and at Present was recalculated as temperature draw-down of the higher altitudes and combined with data on LGM cooling at sea level (SST proxies), and low-elevation terrestrial proxy-data, in order to provide direct constraints on the vertical structure of the LGM atmosphere. The glacial SST dropped considerably less than the calculated TELA over part of the Mediterranean, which has implications for the atmospheric stability, circulation patterns and local precipitation. The new synoptic climate model suggests that cyclones followed preferential storm tracks across the basin grossly similar to the Present. Due to the more southerly position of the polar front over the western Mediterranean during cold phases like the LGM, northerly polar air outbreaks over the western basin have probably been more frequent and/or persistent than today. The incursion of polar air masses would have favoured convection of moist air in regions with relatively warm SSTs, so that considerable local LGM precipitation can be predicted in eastern and northern Corsica, the Apennines, the Dinarides, and Greece. The observed climate pattern in the LGM could be explained with a frequent occurrence of a strongly sinuous Rossby wave lobe, forming a trough of polar air over the western Mediterranean basin. This setting would have had strong impact on the accumulation of snow, and would superimpose the climatic effects of longer phases of zonal circulation (westerlies) with lower and broadly scattered precipitation.

Neue Rekonstruktionen der letzten Vergletscherung auf Korsika und deren dazugehörige Gleichgewichtshöhenverschiebung, die sich aus Datierungen mit kosmogenen Nukliden und Lumineszenz ergeben, sind die Basis für ein neues Klimamodell des Letzen Glazialen Maximums (LGM) im westlichen Mittelmeer. Die Datierung korsischer glazialer Sedimente und gletschergeschliffener Gesteinsoberflächen konnte die in älterer Literatur vermutete Anzahl von vier Gletschervorstößen während des Würms bestätigen. Große, gut erhaltene Moränen und vierfach gegliederte Moränen gehören zu einer ausgedehnten Vergletscherung, die um 24 ka begann und bis ungefähr 19 ka dauerte, wobei die anschließende Stabilisierung des Moränenmaterials bis 18 ka dauerte. Diese Vergletscherung korreliert mit der Kaltphase während des Heinrich-Ereignisses (HE) 2 und des LGM sowohl des westlichen Mittelmeeres als auch des Nordatlantiks. Zwei darauf folgende Phasen mit kleineren Talgletschern von 17 bis 14 ka und von 13 bis 11 ka korrelieren mit den kontinentalen Kaltphasen der Ältesten und Jüngeren Dryas sowie den marinen Kaltphasen HE1 und HE0. Lokal ist der weiteste Gletschervorstoß während des Würms älter als das globale LGM. Lumineszenzdatierungen deuten auf ein Alter von ungefähr 30 ka (HE3) hin, wohingegen ein Gletschervorstoß im frühen Würm (HE6/~MIS4) nicht mit Datierungen belegt werden konnte. Die Größenunterschiede zwischen den Vorstößen des HE3 und des HE2/LGM sind sehr unterschiedlich. Vergletscherungen älter und größer als die des Würm, wie sie in älteren Arbeiten vor allem für das Riss (~MIS6) vorgeschlagen wurden, konnte mit wenigen Altersdaten untermauert werden. Das Alter und die Ausdehnung sind jedoch weiterhin unbekannt. Mit den Datierungsergebnissen und Kartierungen konnte für drei Phasen des späten Würms die Ausbreitung der Gletscher rekonstruiert werden: für LGM, Älteste Dryas und Jüngere Dryas. Diese Ergebnisse wiederum dienten als Basis für Rekonstruktionen der Lage der Gleichgewichtshöhen (ELA). Mit einer durchschnittlichen Gleichgewichtshöhe von 1573 m war das LGM 9.5 °C kälter als heute. Regionale Veränderungen im ELA Muster der drei Kaltphasen und der ihnen zugrunde liegenden Temperatur- und Niederschlagskomponenten lassen vom LGM über die Älteste Dryas bis zur Jüngeren Dyas eine Entwicklung hin zu trockenerem Mistral (NW Wind) und zunehmend von SW kommender Feuchte erkennen. Die Klimarekonstruktionen für Älteste und Jüngere Dryas zeigen den Übergang von voll glazialen (LGM) zu interglazialen Atmosphärenbedingungen. Vor allem an den Rändern der Insel unterscheiden sich die klimatischen Bedingungen zwischen LGM und heute deutlich. Sie werden anhand von großräumigen Zirkulationen in der Atmosphäre erklärt, wie sie sich im Mittelmeer-weiten ELA Muster widerspiegeln. Alle verfügbaren ELA Daten aus dem Mittelmeerraum wurden in einer neuen ELA Karte für das LGM im Mittelmeer zusammengefasst. Die Verringerung der ELA als Höhendifferenz zwischen der ELA des LGM und der heute wurde umgerechnet in eine Temperaturverringerung in hohen Höhen und mit Daten der Abkühlung auf Meerespiegelniveau (SST-Proxies) im LGM und terrestrischen Klimadaten niedrigerer Höhen kombiniert, um direkte Rückschlüsse auf die vertikale Struktur der Atmosphäre im LGM ziehen zu können. Die glazialen SST sanken in Teilen des Mittelmeeres deutlich weniger als die aus den Gleichgewichtslinien errechneten Temperaturen, was Auswirkungen auf die Stabilität der Atmosphäre, das Zirkulationsmuster und lokale Niederschläge hat. Das neue synoptische Klimamodell deutet darauf hin, dass Tiefdruckgebiete ähnliche Sturmbahnen über das Meeresbecken bevorzugten wie heute. Ausbrüche kalter Nordpolarluft über das westliche Mittelmeerbecken waren durch die südlichere Lage der Polarfront über dem Mittelmeer während Kaltphasen wie des LGM wahrscheinlich häufiger oder ausdauernder als heute. Der Einfall hochreichender Kaltluftmassen würde Konvektion feuchter Luft in Regionen mit relativ warmen SSTs unterstützen, so dass beachtliche lokale Niederschläge im LGM für das östliche und nördliche Korsika, den Appenin, die Dinariden und Griechenland prognostiziert werden. Das beobachtete Klimamuster im LGM könnte mit einem häufigen Auftreten einer stark lobaten Rossby-Welle erklärt werden, die einen Trog polarer Luft über dem westlichen Mittelmeer formt. Dieses Szenario würde einen starken Einfluss auf die Schneeakkumulation haben und klimatische Effekte von längeren Phasen zonaler Zirkulation (Westwinde) mit wenig und weit verteiltem Niederschlag überlagern.