Überwindung des Zeitskalenproblems von Klima- und Vegetationseinflüssen auf die Denudation: Ein Lösungsansatz mittels gekoppelter Modellierung

• Antragsteller: Professor Dr. Todd Alan Ehlers; Professor Dr. Thomas Hickler
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Physik und Chemie der Atmosphäre ; Physische Geographie
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 280608291

Dieser Antrag stellt die Weiterführung unserer Arbeiten aus EarthShape Phase 1 dar. In den vorangegangenen Arbeiten wurde der Einfluss von Klima- und Vegetationsveränderungen seit dem letzten glazialen Maximum bis heute auf die Topographie und Erosionsraten in den EarthShape Untersuchungsgebieten untersucht. Unsere Ergebnisse zeigen signifikante Änderungen von Vegetation und Erosionsraten während der letzten 21000 Jahre, sowie nicht-lineare Effekte und, von Vegetationsveränderungen abhängige, Schwellenwerte von Erosionsraten. Diese Ergebnisse, sowie die großskaligen Veränderungen von Umweltbedingungen und Tektonik des Känozoikums, motivieren uns in Phase 2, über die größeren Zeitskalen (Millionen Jahre) des Känozoikums zu integrieren um so die Einflüsse der ausgeprägten Klimaänderungen auf die Vegetation und davon bedingten Verwitterungs- und Erosionsraten in der Küstenkordillere Chiles zu untersuchen. Unsere übergreifende Hypothese ist: Ein starkes Abnehmen der CO2-Konzentration der Atmosphäre und ein Klimaentwicklung hin zu kälteren und trockeneren Bedingungen seit dem Übergang vom Eozän zum Oligozän haben (1) zu einer substantiellen Verringerung der Planzenproduktivität und Vegetationsbedeckung geführt. Diese Vegetationsveränderungen haben wiederum (2) zu deutlich veränderten Erosions- und Pflanzen-bedingten Verwitterungsraten geführt. Infolgedessen könnte die rezente Topographie substantiell durch die Vegetationsdynamik der Vergangenheit bedingt sein. Unsere Untersuchung und Bewertung dieser Hypothese baut auf unseren eigenen Arbeiten und den technischen Fortschritten von Partnern aus Phase 1 auf. Wir werden ein gekoppeltes Modellsystem, bestehend aus dem dynamisches Vegetationsmodell LPJ-GUESS und dem Oberflächenprozessmodell LandLab, einsetzen, und es mit Simulationen von Paläo-Klimaänderungen (ECHAM5) der vergangenen 34 Millionen Jahre antreiben. Integraler Bestandteil und neu in unserem Ansatz ist die Verknüpfung des Vegetations- und Oberflächenprozessmodells, um Änderungen der biotischen (pflanzen-bedingten) und abiotischen Verwitterung zu schätzen. Hierzu werden wir: a) quantifizieren, wie dynamische Vegetationsveränderungen die Denudationsraten, Topographie und Tiefenverwitterung beeinflussen; b) bewerten inwiefern von Pflanzen beeinflusste Erosion und Verwitterung von den herrschenden Niederschlagsbedingungen, der Temperatur, und von CO2 Konzentrationen abhängen, und c) pedogene, geochemische, geologische und ökologische Daten aus Phase 1, sowie neue Ergebnisse aus Phase 2 aus anderen Projekten in unser Modellierungskonzept integrieren.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1803: EarthShape: Earth Surface Shaping by Biota