Arctic Glacial and Interglacial Variability throughout the Quaternary: Evidence from Lake El'gygytgyn, northeastern Russia

摘要

Der Elgygytgynsee in der nordöstlichen russischen Arktis wurde in den späten 1990er Jahren Ziel von umfangreichen internationalen Vorstudien, einschließlich komplexer geowissenschaftlicher Feldarbeiten in den Jahren 1998, 2000 und 2003. Die dabei erzielten Ergebnisse stützten die Hypothese, dass der See eine weitgehend kontinuierliche Sedimentabfolge enthält, welche die Klima- und Umweltveränderungen mit hoher Sensitivität widerspiegelt und die Zeit seit der Seebildung durch einen Meteoriteneinschlag vor etwa 3,6 Ma abdeckt. Diese viel versprechenden Erkenntnisse führten dazu, dass in den Jahren 2008 und 2009 Tiefbohrungen im Rahmen des Internationalen Kontinentalen Tiefbohrprogramms (ICDP) abgeteuft wurden, mit denen die Permafrostablagerungen im Einzugsgebiet bis 141 m Tiefe und eine 318 m mächtige Seesedimentabfolge mit etwa 200 m unterlagernden Impaktgesteinen im Seezentrum erbohrt wurden. Entsprechend den Paläoumwelt- und Paläoklimaforschungen an den Seesedimenten, die in den letzten 2,8 Ma abgelagert wurden, traten glaziale Klimabedingungen mit Jahresmitteltemperaturen zumindest 3,3 ±0,9 ℃ kälter als Heute erstmals an der Pliozän/Pleistozän-Grenze vor 2,6 Ma auf. Diese kaltzeitlichen Klimabedingungen nahmen zwischen ca. 2,3 bis 1,8 Ma in ihrer Häufigkeit zu und treten seitdem zeitgleich mit allen globalen Glazialen und einigen Stadialen auf. Die Interglaziale am Elgygytgynsee zeigen deutliche Unterschiede inihrer Intensität. Dabei traten sogenannte Super-Interglaziale unregelmäßig im Quartär auf, einschließlich der Marinen Isotopenstadien 11.3 und 31, in denen die mittleren Temperaturen des wärmsten Monats bis zu 4-5 ℃ und die Jahresniederschläge etwa 300 mm höher waren als Heute. Diese Klimabedingungen können nach Klimamodellierungen nicht in allen Fällen auf die orbitalen Randbedingungen oder die Konzentrationen von Treibhausgasen zurückgeführt werden. Sie sind zumindest teilweise die Folge von anderen Prozessen und Rückkopplungen im Klimasystem. Eine auffallende zeitliche Übereinstimmung der Super-Interglaziale mit Diatomit-Lagen im antarktischen Bohrkern ANDRILL 1B deutet an, dass sie im Zusammenhang mit erheblichen Massenverlusten des Westantarktischen Eisschildes stehen. Der Eisabbau könnte Reduktionen der Bildung des Antarktischen Bodenwassers, seines Transports in den Pazifischen Ozean und seines Auftriebs im nordwestlichen Pazifik bedingt haben, und möglicherweise ursächlich für einen erhöhten Warmwasserstrom durch die Beringstraße in den Arktischen Ozean gewesen sein.%Lake El'gygytgyn in the north-eastern Russian Arctic became the target of extensive international site surveys in the late 1990s, with complex geoscientific fieldwork conducted in 1998, 2000, and 2003. The surveys strongly supported the hypothesis that the lake hosts a nearly continuous sediment record, which is highly sensitive to climatic and environmental changes and covers the time since the lake formation by a meteorite impact some 3.6 Ma ago. These promising findings led to deep drilling operations within the scope of the International Continental Scientific Drilling Program (ICDP) in 2008 and 2009, during which 141 m of permafrost deposits in the catchment, the 318 m thick lake sediment succession in the lake centre, and about 200 m of impact rocks underneath were drilled. Palaeoenvironmental and palaeoclimatological research on the Quaternary part of the lake sediment record revealed that full glacial conditions, with mean annual air temperatures at least 3.3 ±0.9 ℃ lower than today, first commenced at the Pliocene/ Pleistocene boundary 2.6 Ma ago. They gradually increased in frequency from ca. 2.3 to 1.8 Ma, eventually concurring with all global glacials and several stadials. The interglacials at Lake El'gygytgyn significantly differ in intensity. So-called super interglacials irregularly occurred throughout the Quaternary, including Marine Isotope Stages 11.3 and 31, when mean temperatures of the warmest month and annual precipitation were up to 4-5 ℃ and ～300 mm higher than today, respectively. According to climate modelling these climatic settings cannot in all cases be traced back to orbital forcing or greenhouse gas concentrations. They are, at least partly, the result of other processes and feedbacks in the climate system. A remarkable coincidence of the super interglacials with diatomite layers in the Antarctic ANDRILL 1B record suggests that they were associated with considerable retreats of the West Antarctic Ice Sheet. The ice decay may have caused reductions in Antarctic Bottom Water formation, its transport to the Pacific Ocean, and its upwelling in the north-western Pacific, and potentially increased warm-water intrusions through the Bering Strait into the Arctic Ocean.