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Late Quaternary variations of the southern westerly wind belt and its influences on aquatic ecosystems and glacier extend within the southernmost Andes

[Spätquartäre Variationen der südhemisphärischen Westwindzone und deren Einfluss auf aquatische Ökosysteme sowie Gletscherausdehnung in den südlichen Anden]

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The southern tip of South America is year-round influenced by the southern westerly wind belt (SWW) causing extremely high precipitation along the Chilean coast and the Andes south of 33°S with maximum values of 3000 to >10 000 mm/year within the SWW core between 49 to 55°S which is unique for temperate regions on the global scale. Due to this key position within the global atmospheric and oceanic framework we have investigated a large number of Late Quaternary climate archives during the last decade including fjord and lake sediments, peats, stalagmites and tree rings. To improve our proxy understanding in these various archives, climate as well as hydrological monitoring stations were operated since 1999. Here we present one-year monitoring data, which document the short term variability of climate and thermohaline conditions and related fertility in the fjord surface water. In this context we also analysed the interplay between palaeo-precipitation and related freshening of surface water (low nitrate and phosphate) and the terrestrial nutrient supply to the fjords during the last 5 ka BP using new salinity and productivity proxies of a fjord sediment core. Lake sediment cores and a stalagmite record document high chemical denudation rates, and metal leaching occurs on a weakly buffered granitoid basement and areas covered by acidic peaty soils. The partly climate-controlled changes in the iron and trace metal mobility have profound implications for both terrestrial and aquatic ecosystems. Based on the investigated archives we also reviewed SWW changes and regional temperature variations during the past 30 ka BP and their implication for Glacial and Holocene glacier advances.

German

Die Südspitze Südamerikas wird ganzjährig von der südhemisphärischen Westwindzone (SWW) beeinflusst. Dies führt an der chilenischen Küste und in den Anden südlich von 33°S zu extrem hohen Niederschlägen, speziell im Kernbereich der SWW zwischen 49–53°S, wo Werte von 3000 – >10 000 mm/Jahr erreicht werden. Dies ist für temperierte Gebiete der Erde einmalig und definiert die Region als Schlüsselgebiet innerhalb des globalen Netzwerkes von marinen und atmosphärischen Strömungssystemen. Deshalb haben wir dort eine große Zahl von spätquartären Fjord- und Seesedimenten sowie Torf-, Stalagmit- und Baumjahresringarchiven untersucht. Um die Interpretation einzelner Paläoklimaindikatoren in diesen Archiven zu verbessern, betreiben wir dort seit 1999 auch mehrere hydrologische und klimatische Messstationen. Hier präsentieren wir eine hochauflösende 1-jährige Messreihe der klimatischen und thermohalinen Bedingungen sowie die assoziierte Produktivität des Oberflächenwassers in der Fjordzone. In diesem Zusammenhang haben wir das Zusammenspiel zwischen Niederschlagsschwankungen und damit verbundener Süßwasserzufuhr (geringe Phosphat und Nitratgehalte) sowie dem Einfluss terrestrischer Nährstoffe (u. a. Eisen) anhand eines Sedimentkernes untersucht, welcher für die letzten 5000 Jahre Änderungen in der Bioproduktivität und Paläosalinität dokumentiert. Seesedimentkerne und Stalagmiten zeigen zusätzlich eine variable und teilweise extrem hohe chemische Abtragung und Mobilisierung von Metallen, speziell im Bereich von schwach gepuffertem granitoidem Grundgebirge und sauren Torfböden. Die teilweise klimatisch beeinflusste Mobilität von Eisen und anderen Spurenmetallen hat besondere Bedeutung für terrestrische und aquatische Ökosysteme. Basierend auf den Untersuchungen an den verschiedenen Archiven der Region evaluieren wir auch SWW-Schwankungen und Temperaturänderungen während der letzten 30 000 Jahre BP und deren Bedeutung für Gletscherschwankungen.
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Keywords: ANDES; DENUDATION; GLACIATION; HOLOCENE; IRON CYCLING; LATE QUATERNARY; PALAEOCLIMATE; SEDIMENT CORES; SOUTHERN WESTERLIES; STALAGMITE

Document Type: Research Article

Publication date: June 1, 2013

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