African climate changes during C4 plant evolution and expansion
Final Report Abstract
Zur Bestimmung der Umweltfaktoren, welche zur Ausbreitung von C4 Pflanzen in Südwest (SW) Afrika führten, wurden miozäne Abschnitte von marinen ODP Kernen vor SW Afrika mittels mariner Palynologie und organischer Isotopengeochemie untersucht. Lediglich die küstennahen Bohrungen (ODP 1081, 1085, 1087) enthielten genügend Material für organisch-geochemische Analysen, während die Konzentrationen an terrigenen Lipiden in landferneren Lokationen (ODP 1265, Walfisch Rücken) für Komponenten-spezifische Isotopenanalysen zu gering waren. Von den küstennahen Lokationen wurde ODP 1085 im Einflussbereich des heutigen Benguela-Auftriebsgebietes und nahe der Mündung des Orange-Flusses zur Rekonstruktion von detaillierten Paläo-Zeitserien ausgewählt. Anwendung zweier organischer Parameter zur Rekonstruktion früherer Ozeantemperaturen (UK37’ und TEX86) zeigte eine graduelle Abkühlung im Miozän (UK37’), welche mit dem Aufbau des ostantarktischen Eisschildes und der Intensivierung des Benguela-Auftriebs einherging. Interessanterweise wichen die TEX86-Temperatur-Abschätzungen mit erhöhtem Auftrieb (dokumentiert in höheren sedimentären Gehalte an organischem Kohlenstoff) zu geringeren Temperatur-Abschätzungen ab, welches den Beobachtungen in modernen Auftriebssystemen entspricht. Die palynologischen Analysen an ODP 1085 ergaben, dass tropische Elemente in SW Afrika im Laufe des Miozäns verschwanden und durch Floren ersetzt wurden, welche trockenere Bedingungen anzeigen. Diese Florenveränderungen bezeugen eine zunehmende Sommer-Trockenheit und fanden zeitgleich zur Entwicklung des Benguela-Auftriebssystems statt. Analysen von verzweigten Tetraethern aus Böden (BIT Index) weisen auf eine erste Austrocknung von SW Afrika zeitgleich mit dem Aufbau des ostantarktischen Eisschildes bis etwa 10 Ma hin. Komponenten-spezifische Kohlenstoff-Isotopenanalysen an Pflanzenwachsen zeigen eine Ausbreitung von C4 Pflanzen ab 8 Ma an, welche, im Gegensatz zu bestehenden Theorien, bis ins Pliozän anhielt. Komponenten-spezifische Wasserstoff-Isotopenanalysen weisen darauf hin, dass die erste Ausbreitungsphase durch trockenere Bedingungen verursacht wurde. Ein plötzlicher Übergang zu leichteren Wasserstoff-Isotopien um 6 Ma zeigt höchstwahrscheinlich den Wechsel im hauptsächlichen Quellgebiet des Sommerregens von Atlantik zu Indik an. Dieser Wechsel geht mit einer Verstärkung der Passatwinde einher, welches durch stark angestiegene Akkumulationsraten von Pollen und Sporen angezeigt wird. Wahrscheinlich führte der erhöhte meridionale Temperaturgradient aufgrund von antarktischer Meereisausbreitung zu verstärkten Passatwinden, weiterer Austrocknung und einer deutlicheren Ausbreitung von C4 Pflanzen in SW Afrika. Letztendlich war die Ausbreitung der C4 Pflanzen in SW Afrika demnach stark an die Entwicklung des Benguela-Auftriebssystems gekoppelt und durch die nordwärts Verschiebung und Verstärkung der Südatlantischen Hochdruckzelle aufgrund von fortschreitender antarktischer Abkühlung verursacht. Komponenten-spezifische Kohlenstoff-Isotopenanalysen entlang des Küstennähen Kerntransektes zeigen, dass die C4 Pflanzenausbreitung an der tropischsten Lokation (ODP 1081) unter zunehmend trockenen Bedingungen am deutlichsten war, wie vom C3/C4 Übergangsmodell vorhergesagt wird. Vorläufige Analysen von Proben aus ODP 1081 bezeugen das hohe Potential dieses Kerns für weitergehende Studien zur Etablierung der modernen C4 Grassavanne im südlichen Afrika während des Plio-/Pleistozäns.
Publications
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(2011). Climate-driven rampant speciation of the Cape flora. Journal of Biogeography, 38(6), 1059-1068
Dupont, L.M., Linder, H.P., Rommerskirchen, F., Schefuß, E.
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(2011). Miocene to Pliocene development of surface and subsurface temperatures in the Benguela Current system. Paleoceanography, 26, PA3216
Rommerskirchen, F., Condon, T., Mollenhauer, G., Dupont, L., Schefuß, E.
