Bitte verwenden Sie diesen Link, wenn Sie dieses Dokument zitieren oder verlinken wollen: https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:9-002817-2

Dynamics and paleo-climatic forcing of late Pleistocene glaciers in the Turgen and Khangai mountains (Mongolia) reconstructed from geomorphology, 10Be surface exposure dating, and ice flow modeling

  • The focus of this study is on the geochronological and paleo-climatic characterization of late Pleistocene glaciations in Turgen and the Khangai Mountains located in central and western Mongolia. These two mountain ranges form a 700 km long NW-SE transect through Mongolia and allow assumptions of the temporal and causal dynamics of the regional late Quaternary glaciations and their correlation to other mountain glacier records from Central and High Asia. In order to evaluate extent and timing of the Pleistocene glaciations in Mongolia, geomorphological mapping and cosmogenic radionuclide (CRN) surface exposure dating (10Be) were carried out in four valley systems located in the Khangai and Turgen Mountains. Additionally, a coupled 2-D surface energy balance and ice flow model was used to determine steady-state conditions for glaciers under various climatic scenarios. With this model it is possible to test combinations of temperature and precipitation settings, which would produce glacier configurations that fit the field-mapped ice extent. In total, 47 glacial boulders and roche moutonnées were sampled, prepared and AMS measured to determine the absolute timing of moraine formation and ice retreat based on 10Be surface exposure dating. Of these, 27 samples were obtained from the Khangai Mountains (three separate moraine sequences) and 20 samples were taken from the Turgen Mountains (two moraine sequences). The dating results (presented as minimum ages) give evidence for a late Pleistocene maximum ice expansion during late MIS 5 (81−78 ka) and major ice advances during MIS 2 (26−20 ka) in both mountain ranges. Only in the Khangai Mountains (central Mongolia) very significant glacier advances also occurred during mid-MIS 3 (49−35 ka), which exceeded the ice limits set during the MIS 2 glaciation. A final ice position, constructed shortly before the onset of full ice retreat was formed between 19-16 ka, and is likely to represent a recessional ice stillstand, or alternatively a final ice readvance during the early part of the last-glacial-interglacial-transition (LGIT) in both mountain ranges. Energy/mass balance and ice flow modeling results suggest that climatic conditions during the MIS 5 and MIS 3 maximum advances in the Khangai Mountains were depressed between a ∆T of -6.0 to -5.2 °C with a precipitation factor of 1.25-1.75 (P = 125-175 %, compared to modern conditions), and a ∆T of -5.3 to -4.4 °C (P = 75-125 %), respectively. For the MIS 2 ice advances modeling results from the Turgen and Khangai Mountains suggest a temperature depression ∆T of -5.7 to -4.6 °C (at 22 ka; P = 25-50 %) in the East-Turgen, and a ∆T of -7.5 to -6.6 °C (at 20 ka; P = 25-50 %) in the Chulut area (Khangai Mountains). These results document a 1.8 - 2 °C difference of the modeled temperatures required to expand the studied paleo-glaciers in the Turgen and Khangai mountains to their field-mapped MIS 2 ice limits, highlighting a spatially differentiated pattern of paleo-temperature lowering across the studied 700 km NW-SE transect. Taken together, the presented record indicates that the largest ice advance in both investigated mountain ranges occurred during the MIS 5 / MIS 4 transition, despite earlier suggestions by previous studies that the local glacial maximum would be associated with the coldest periods of the last glacial cycle (i.e. MIS 4 or MIS 2). Glacier systems in the Khangai Mountains also increased substantially during MIS 3 (local LGM) in response to cool but comparable wet conditions, probably with a greater-than-today input from winter precipitation and an additional input of recycled moisture from expanded paleo-lakes in the Valley of the Great Lakes. The lack of a severe cooling during the MIS 3 ice advances, and probably also during the late MIS 5 ice expansion, suggests that variations in atmospheric circulation patterns, with its significance for controlling the regional precipitation/moisture supply, was a key driver for these late Pleistocene ice advances in Mongolia. This notwithstanding, there is also clear evidence for the development of an extensive glaciation during MIS 2, coinciding with a period of severe cooling and hyperarid conditions. This highlights that glacier systems in Mongolia responded sensitively, both, to variations in moisture supply and its seasonal distribution, and to the marked insolation minima during the last glacial cycle.
  • Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der geochronologischen und paläoklimatischen Charakterisierung der spätpleistozänen Vergletscherung im Turgen und Khangai Gebirge. Diese zwei Gebirgsketten bilden einen 700 km langen NW-SO Transsekt durch die Mongolei und erlauben hierdurch Aussagen über die zeitliche und kausale Dynamik der regionalen spätquartären Vergletscherungen und ihrer Korrelation mit Aufzeichnungen anderer Gebirgsvergletscherung aus Zentral- und Hochasien zu treffen. Um die Eisausdehnung und zeitliche Einordnung zu untersuchen wurden in vier Talsystemen des Khangai und Turgen Gebirges glaziale Ablagerung kartiert und Proben für die kosmogene Radionuklidoberflächendatierung genommen. Zudem wurde ein gekoppeltes 2-D Oberflächenenergiebilanz- und Eisflussmodell angewendet, um die Beharrungszuständen der Gletscher unter verschieden klimatischen Szenarien beurteilen zu können. Mit diesem Modell ist es möglich unterschiedliche Kombination von Temperatur und Niederschlag zu testen, welche Gletscher simulieren die die im Feld kartierten Eisausdehnungen erreichen. Insgesamt wurden 47 eistransportierte Blöcke und Roche Moutonnées beprobt, aufbereitet und mit einem AMS gemessen. Dabei wurden im Khangai Gebirge drei verschiedenen Moränensequenzen (insgesamt 27 Proben) und im Turgen Gebirge zwei Moränensequenzen (insgesamt 20 Proben) bearbeitet. Basierend auf der 10Be Oberflächendatierung wurde hierbei der Entstehungszeitraum und Eisrückzug der untersuchten Paläogletscher bestimmt. Die Ergebnisse der Datierung (präsentiert als Minimumalter) belegen, dass es in beiden Gebirgsketten zu einer maximalen Eisausdehnung während des ausgehenden MIS 5 (81-78 ka) und zu einem weiteren bedeutenden Eisvorstoß während des MIS 2 (26-20 ka) gekommen ist. Eine weitere signifikante Gletscherausdehnung datiert in das mittlere MIS 3. Diese Vergletscherung konnte allerdings nur im Khangai Gebirge nachgewiesen werden und übertraf überdies in ihrer Ausdehnung die Grenzen der lokalen MIS 2 Vereisung. Der jüngste Moränenkomplex repräsentiert sehr wahrscheinlich Rückzugsmoränen oder alternativ einen erneuten Vorstoß während der Frühphase des letzten Glazial-Interglazial-Übergangs und entstand in beiden untersuchten Gebirgen kurz vor dem finalen Eisrückzug zwischen 19-16 ka. Die Ergebnisse der Energie-/Massenbilanz- und Eisflussmodellierung deuten darauf hin, dass die klimatischen Bedingungen während des MIS 5 und MIS 3 Eismaximums um 5,2 bis 6 °C (mit einem Niederschlagsfaktor P von 1,25 - 1,75) beziehungsweise um 4,4 bis 5,3 °C (P = 0,75 - 1,25) kälter waren im Vergleich zu heutigen Bedingungen. Für das MIS 2 wurde eine Temperaturdepression ∆T von -5.7 bis -4.6 °C (bei 22 ka; P = 0,25 - 0,50) im östlichen Turgen und von -7.5 bis -6.6 °C (bei 20 ka; P = 0,25 - 0,50) im Khangai modelliert. Der Unterschied der simulierten Temperaturen zwischen beiden Untersuchungsgebieten von 1,8 bis 2 °C deutet dabei auf ein räumlich differenziertes Muster der Paläotemperaturabsenkung entlang des 700 km messenden NW-SO Transsekts hin. Zusammengefasst zeigt der hier präsentierte Datensatz, dass die weiteste Eisausdehnung in beiden untersuchten Bergketten während des MIS 5 / MIS 4 Übergangs erfolgte. Dies steht im Gegensatz zu früheren Untersuchungen, welche ein lokales glaziales Maximum während der kältesten Abschnitte des letzten glazialen Zyklus (z.B. MIS 4 oder MIS 2) andeuten. Des Weiteren reagierten die Gletschersysteme im Khangai Gebirge positiv auf die kühlen aber vergleichsweise feuchten klimatischen Bedingungen während des MIS 3. Begünstigt wurde dies durch einen wahrscheinlich größere Eintrag an Winterniederschlägen und der zusätzlichen Feuchtigkeitszufuhr von recyceltem Wasser aus den zu der Zeit ausgedehnten Paläoseen im Tal der Großen Seen. Das Fehlen einer massiven Abkühlung während des MIS 3, und wahrscheinlich auch während des ausgehenden MIS 5, deutet darauf hin, dass Variationen im Muster der atmosphärischen Zirkulation, und ihrem signifikanten Einfluss auf die regionale Feuchtigkeitszufuhr, die treibende Kraft für diese spätpleistozänen Eisausdehnung in der Mongolei war. Ungeachtet dessen gibt es darüber hinaus klare Belege für die Entwicklung einer extensiven Vereisung während des MIS 2, einer Zeit massiver Abkühlung unter hyperariden Bedingungen. Dies verdeutlicht das Gletschersysteme in der Mongolei sowohl auf Veränderungen der Feuchtigkeitszufuhr und der saisonalen Niederschlagsverteilung als auch auf die markanten Einstrahlungsminima des letzten glazialen Zyklus sensitiv reagieren.

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Metadaten
Author: Steffen Pötsch
URN:urn:nbn:de:gbv:9-002817-2
Title Additional (German):Dynamik und paläoklimatische Faktoren spätpleistozäner Gebirgs-vergletscherung im Turgen und Khangai Gebirge (Mongolei) rekonstruiert anhand von Geomorphologie, 10Be Oberflächendatierung und Eisfluss-modellierung
Advisor:Prof. Dr. Arjen P. Stroeven, Prof. Dr. Henrik Rother
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2017/07/05
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2017/03/01
Release Date:2017/07/05
Tag:Eisflussmodellierung, Oberflächendatierung
Mongolia, geochronology, glaciers, ice flow model, surface exposure dating
GND Keyword:Changai, Geochronologie, Geomorphologie, Mongolei, Mongolischer Altai, Paläoklima, Vergletscherung
Faculties:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät / Institut für Geographie und Geologie
DDC class:500 Naturwissenschaften und Mathematik / 550 Geowissenschaften, Geologie