Das Tibetplateau (TP) ist das höchste Gebirgsplateau der Erde und bildete sich im Verlauf der letzten 50 Millionen Jahre. Durch seine Ausmaße veränderte das TP nicht nur das Klima im heutigen Asien, sondern bewirkte Veränderungen weltweit. Heute stellt das TP einen Hotspot des Klimawandels dar und ist als Quellgebiet vieler großer Flüsse in Asien für die Wasserversorgung von Milliarden von Menschen von zentraler Bedeutung. Vor diesem Hintergrund ist es wichtig, die Prozesse, die das Klima in der Region steuern, besser zu verstehen und die Variabilität des Klimas auf unterschiedlichen Zeitskalen abschätzen zu können. Grundlegendes Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, räumlich hochaufgelöste quantitative Informationen über die Veränderung der klimatischen Verhältnisse in Asien während der Bildungsphase des TP und unter warm- und kaltzeitlichen Randbedingungen zur Verfügung zu stellen und dadurch eine Verbindung zwischen den verschiedenen Zeitskalen herzustellen. Hierfür werden das heutige Klima und das Paläoklima der Region mit Hilfe von Klimamodellen simuliert. Da frühere Studien zeigen konnten, dass die Ergebnisse von hochaufgelösten Modellen besser mit Paläoklimarekonstruktionen übereinstimmen, als die von vergleichsweise niedrig aufgelösten Globalmodellen, erfolgt ein dynamisches Downscaling des globalen Klimamodells ECHAM5 mit dem regionalen Klimamodell REMO. Die Heraushebung des TP wird durch eine Serie von fünf Simulationen (Topogra- phieexperimente) approximiert, in denen die Höhe des TP in 25%-Schritten von 0% bis 100% der heutigen Höhe verändert wird. Die Schwankungen des Klimas im spä- ten Quartär sind durch Simulationen für das mittlere Holozän und den Hochstand der letzten Vereisung, das Last-Glacial-Maximum, repräsentiert (Quartärexperi- mente). In den Quartärexperimenten wurden die Treibhausgaskonzentrationen, Orbitalparameter, Landbedeckung und verschiedene Vegetationsparameter an die Bedingungen der jeweiligen Zeitscheibe angepasst. Die Auswertung der Simulati- onsergebnisse konzentriert sich auf jährliche und jahreszeitliche Veränderungen der bodennahen Temperatur und des Niederschlags. Außerdem werden die sich erge- benden Änderungen in der Intensität des indischen Monsuns anhand verschiedener Monsunindizes analysiert. Für das TP und die sich unmittelbar anschließenden Ge- biete wird zusätzlich eine Clusteranalyse durchgeführt, um die dort vorkommenden regionalen Klimatypen identifizieren und charakterisieren zu können. In den Topographieexperimenten zeigt sich, dass die 2m-Temperatur im Bereich des TP im Jahresmittel mit abnehmender Höhe des Plateaus um bis zu 30◦C zunimmt, während es in den übrigen Teilen des Modellgebiets nahezu überall kälter wird. Die Jahressumme des Niederschlags nimmt mit abnehmender Höhe des TP westlich und nördlich davon zu. Im Bereich des TP sowie südlich und östlich davon gehen die Niederschläge zurück. Die starke Niederschlagszunahme nördlich des TP kann durch die Ausbildung eines Höhentrogs statt eines Höhenrückens in diesem Bereich erklärt werden. Das grundsätzliche räumliche Muster der Veränderungen besteht dabei bereits bei einer Plateauhöhe von 75% des Ausgangswertes und ändert sich bei weiterer Verringerung der Höhe nicht wesentlich. Lediglich der Betrag der Veränderungen nimmt zu. Dies gilt für die 2m-Temperatur und den Niederschlag und sowohl im Jahresmittel als auch für die einzelnen Jahreszeiten. Bezüglich der Intensität des indischen Sommermonsuns zeigt sich, dass zwischen 25% und 75% der heutigen Höhe des TP die stärkste Intensivierung stattfindet. Eine mit heute vergleichbare Monsunintensität tritt erst auf, wenn das TP die Hälfte seiner jetzigen Höhe erreicht hat. Im mittleren Holozän ist es im Jahresmittel in den meisten Teilen des Modellge- biets kälter und feuchter als heute. Die Unterschiede sind jedoch größtenteils gering und nicht signifikant. Hinsichtlich der Temperatur zeigen die Modelldaten nur vereinzelt eine gute Übereinstimmung mit den rekonstruierten Werten. Allerdings weisen die Rekonstruktionen eine hohe räumliche Variabilität auf, wodurch die in diesem Datensatz vorhandenen Unsicherheiten widergespiegelt werden. Hinsicht- lich des Niederschlags ist die Übereinstimmung besser. Hier deuten sowohl die simulierten als auch die rekonstruierten Daten auf feuchtere Bedingungen hin. In der Simulation für das Last-Glacial-Maximum liegen die Temperaturen überall im Modellgebiet im Jahresmittel und in allen Jahreszeiten um bis zu 8◦C unter den heutigen Werten. Es besteht eine gute Übereinstimmung mit den rekonstruierten Temperaturwerten für diese Zeitscheibe. Zu einer signifikanten Abnahme der jährlichen Niederschlagsmenge kommt es westlich und nordwestlich des TP, in Indien, Südostasien und entlang der Ostküste Chinas. Für die Bereiche, für die Niederschlagsrekonstruktionen verfügbar sind, stimmen die Modellergebnisse gut mit diesen überein. Zu einer signifikanten Niederschlagszunahme kommt es nur zwischen der Nordküste des Golfs von Bengalen und dem Himalaya, wobei dies möglicherweise ein Modellartefakt darstellt. Hinsichtlich der Monsunintensität bestehen große Unterschiede zwischen den Indizes. Während der Extended Indian Monsoon Rainfall Index eine starke Ab- schwächung des indischen Sommermonsuns anzeigt, ist der Wert des Webster and Yang Monsoon Index verglichen mit heute nahezu unverändert. Ein Vergleich der Monsunintensität in den Topographie- und den Quartärexperimenten macht deut- lich, dass der indische Monsun durch den Wechsel von warm- und kaltzeitlichen Randbedingungen mindestens so stark beeinflusst wird wie durch die Hebung des TP. / The Tibetan Plateau (TP) is the world’s most elevated highland which was built over the past 50 million years. With its extent, the TP did not only influence the climate in Asia, but also caused global changes. Today, the TP represents a climate change hot spot and is, as the source region of many large rivers in Asia, crucial for the water supply of billions of people. Considering this background, it is important to obtain a better understanding of the processes that control the climate in the region and to estimate the climate variability on different time scales. The basic goal of this study is to provide spatial highly resolved quantitative information about the changes in the climatic conditions in Asia during the uplift of the TP and during periods with warmer and colder boundary conditions and thus to put these different timescales in relation. Therefore, the modern climate and the paleoclimate of the region are being simulated with climate models. The global climate model ECHAM5 is dynamically downscaled with the regional climate model REMO, because previous studies have shown, that the results of models with higher resolution are more consistent with paleoclimate reconstructions than the results of models with lower resolution. The uplift of the TP is approximated by a series of five simulations (topography experiments) in which the elevation of the TP is varied in steps of 25% from 0% to 100% of its present day height. The late Quaternary climate variations are represented by two simulations with boundary conditions for the Mid-Holocene and the Last-Glacial-Maximum (Quaternary experiments). For the Quaternary experiments, the greenhouse gas concentration, orbital parameters, land cover and some vegetation parameters have been adopted for the particular time slice. The evaluation of the simulations’ results focusses on annual and seasonal changes of the near surface temperature and precipitation. Variations in the strength of the Indian monsoon are analyzed by means of different monsoon indices. In order to identify and characterize the regional climate types there, a cluster analysis is conducted for the TP and adjacent regions. The topography experiments show that the annual mean 2m-temperature drops by up to 30◦C in the region of the TP when the height of the plateau is reduced while it becomes colder nearly everywhere else in the model domain. The annual precipitation amount is reduced in the west and north of the TP when its height is reduced. The immense precipitation increase to the north of the TP can be explained by the formation of a trough instead of a ridge in the mid-troposphere of this region. The general spatial pattern of the changes already persists when the height of the TP is reduced to 75% of the present day value and it does not change fundamentally when the height is reduced further. This pertains for the 2m-temperature, the precipitation and for the annual as well as the seasonal means. The analysis of the intensity of the Indian Summer Monsoon shows that the strongest intensification appears between 25% to 75% of the TP’s present day elevation. Half of the current elevation is necessary to get a monsoon intensity comparable to the one of today. In the Mid-Holocene, it is on average colder and more humid in most parts of the model domain compared to present day. But the differences are mostly small and not significant. Concerning the temperature, the model data coincides only sporadically with reconstructed values. However, the reconstructions show great spatial variability, which reflects the uncertainties that are present in this data set. Regarding precipitation, the simulated data matches the reconstructions better. Both the simulated and the reconstructed data point towards wetter conditions. Compared to present day values, the simulation of the Last-Glacial-Maximum shows up to 8◦C lower annual and seasonal mean temperatures everywhere in the model domain compared to present day values. The results are in good conformity with reconstructed temperature values for this time slice. A significant reduction of the annual precipitation amount appears in the west and north of the TP, in India, Southeast Asia and along the east coast of China. Where precipitation reconstructions are available, the model results show good accordance with these values. A significant increase in precipitation appears only between the northern coast of the Bay of Bengal and the Himalayas, but this potentially represents a model artifact. There are big differences between the indices in terms of the monsoon intensity. The Extended Indian Monsoon Rainfall Index shows a strong reduction of the Indian Summer Monsoon,whereas the value of the Webster and Yang Monsoon Index remains nearly unchanged compared to the present day value. A comparison of the monsoon intensity in the topography and the quaternary experiments reveals that the change in boundary conditions between warm and cold intervals affects the Indian monsoon at least as much as the uplift of the TP.

This study aims at reconstructing landscape evolution in the Quebrada de Purmamarca, NW-Argentina. Thorough mapping of the existing landforms and present morphodynamic situation was conducted on the base of intensive field work and the interpretation of remote sensing imagery. Aside from geomorphological mapping, field work focused on the description of numerous sedimentological and pedological profiles. The analysis of these profiles was supported by laboratory data from field samples (granulometry, CaCO3 content) but also by a 14C age date. With particular regard to pedological questions, several samples from soil crust were micromorphologically analysed and interpreted. The resulting data allowed the reconstruction of several phases of landscape evolution in the Quebrada de Purmamarca back to the Miocene. During this phase, the Andes were still a landscape of relatively low relief being subject to processes of planation under conditions markedly more humid than today. Highly faulted and deformed fanglomerates are the first evidence of a progressing uplift coupled under an increasingly arid climate. As a consequence of continued uplift and alternating phases of erosion and aggradation, large terrace systems have formed. Particularly the youngest terrace level shows good preservation. Against the background of the intense climatic changes characteristic for the Pleistocene, these terraces have been the major focus of this study. They are built up almost entirely from coarse debris-flow sediments which are thought to be the result of a significant drop of the periglacial belt of more than 1,000 meters. This interpretation is confirmed by a variety of relict periglacial landforms like “glatthang” morphology (smooth topography), sheets of frost debris and asymmetric valleys. As sediment supply from periglacial debris production exceeded the transport capacity of the drainage system leading to the dominance of depositional processes. Aggradation has been interrupted or at least weakened several times as reflected by two lacustrine to fluvial intervals within the terrace deposits. In this context, particularly the younger interval might announce a shift in morphodynamics around 49 ka BP (14C age), when the phase of terrace aggradation grades into a phase of dominant alluvial fan activity. On the terrace surfaces a well-developed reddish soil has developed. It is interpreted to indicate a phase of increased humidity possibly in relation with the “Minchin” wet phase between 40 ka BP and 25 ka BP. At many places, this reddish soil is overlain by a markedly cemented sand crust. Based on the good sorting of medium and fine sand, this sand crust could be interpreted as fluvio-eolian sediment. Its deposition under very arid and cold climatic conditions may be attributed to the Late Glacial Maximum (LGM). However, the sand crust shows signs of erosion at many places and has not been observed anywhere below the level of the terrace surface. Therefore the onset of severe erosion and incision resulting in the evacuation of enormous quantities of sediment from the study area is assumed to postdate the LGM, possibly due to increased discharge rates during a wetter Lateglacial. Regardless of its timing, the intense incision is likely to have cut down to below the present floodplain evidently causing several mass wasting events in the study area. Since the early Holocene a number of short-term changes seem to have been responsible for the landscape evolution of the Quebrada de Purmamarca. More humid phases of pronounced slope smoothing have alternated with semi-arid phases of longer duration. The well-developed, polycyclic calcretes on top of the inactive terraces and alluvial fans give evidence for these changes. At present, the marked desert pavement on top of most terraces and alluvial fan surfaces prevent soil. The concentration of runoff on these pavements amplifies badland formation and alluvial fan activity along the terrace slopes. The presently observed floodplain aggradation may be attributed to these processes but considering the severe gullying reaching far into the upper study area, the aggradation may as well reflect a more general and regional trend.

In this study reef corals from two Caribbean and adjacent regions in different periods were investigated. Sclerochronological records of corals from well preserved Miocene to Pleistocene reefs were used to document potential changes in seasonal and interannual climate associated with CAS uplift and closure. In southern Florida the Plio/Pleistocene Caloosahatchee Formation is cropping out. During the deposition of this stacked shallow marine sediments at the Plio/Pleistocene Florida carbonate platform, a rich coral fauna existed. Corals from the Caloosahatchee Formation were investigated herein, regarding to reveal high resolution (bimonthly) climatic archives in their skeletons. The second region investigated herein is the Cibao Valley in the Dominican Republic, where sediments of the Neogene Yaque Group are outcropping. Corals from the Late Miocene Cercado Formation and the Mio/Pliocene Gurabo Formation (both upper part of the Yaque Group) are discussed here. Both formations are mixed carbonate-siliciclastic deposits of the prograding inner-shelf and contain a well preserved faunal record. Sclerochronological methods are used to identify seasonal and interannual climatic variability. Especially radiography, stable isotope analysis and laser ablation measurements (LA-ICP-MS) were used and discussed with a special focus on the pristine preservation of the analysed coralline material.

Fossil plants are regard to be excellent proxies to trace paleoclimatic and paleoatmospheric changes. The vegetational response to changing paleoclimate and paleoatmospheric conditions has already been known for a long time and is well documented for the Paleogene of central Europe. Methods such as the Coexistence Approach (CA) and the Climate Leaf Analyses Multivariate Program (CLAMP) analyze the composition of fossil plant assemblages. Changes in paleoclimate and CO2 through time can be tracked also via changes in morphometric parameters such as leaf area, leaf size and leaf shape or epidermal (cuticular) parameters as for instance stomata density (SD), stomata index (SI) and stomata size. The multivariate gas exchange model combines morphometric and cuticular parameters, together with assumed paleoclimate conditions and physiological data of nearest living equivalents to determine paleo-CO2. Plants show differences in morphological, morphometric and cuticular parameters, not only in response to overall changes in CO2 and climate, but also due to their immobility and dependency on light intensity, water availability and soil conditions at the respective site. In this study leaf traits of both Rhodomyrtophyllum reticulosum and Platanus neptuni from 23 sites in Germany, Austria and the Czech Republic covering a time span from the late early Eocene to the early Miocene of central Europe are investigated. Alongside the stratigraphic range of the data set, which allows for tracing long-term variations in the respective parameters, sites of different depositional facies types (maar deposits, marine deposits and fluvial-lacustrine deposits) were included. It has been proven that the investigation of single species and their correspondence to global and regional paleoclimatic and paleoatmospheric shifts has to be done considering differences in the respective depositional setting and thus habitat. Regional effects influence the peculiarity of leaf traits greatly which implies that regional and site related patterns partly overweigh global correspondences. The weak correlation of leaf trait changes to global changes in paleoclimate and CO2 implies that the long-lived species Rhodomyrtophyllum reticulosum and Platanus neptuni are not suitable to track these changes due their high plasticity and adaptability. The long stratigraphic range of the investigated species therefore point out the high adaption potential which by implication leads to a lower correspondence to global paleoclimatic changes. The determination of crucial leaf traits and their response to overall changes in paleoclimate and CO2 hampers the fact that the fossil record bears mainly elements present in azonal vegetation which is caused by predominantly burial of fossils in aquatic bodies. Hence, long-lived species could have been survived these remarkable changes in climate from the end of the Early Eocene Climatic Optimum to the Oligocene icehouse world due to their occurrence in azonal assemblages, buffering global effects in climate variability to a certain degree. The investigation of long-lived fossil species therefore has to be done by coincident consideration of the composition of the whole plant assemblage, which reflects both azonal and partly zonal vegetation of the respective time interval.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Rekonstruktion von Klima in historischen Zeiten im tropischen Ostafrika. Nach einer Übersicht über die heutigen klimatischen Bedingungen der Tropen und den Besonderheiten des ostafrikanischen Klimas, werden die Möglichkeiten der Klimarekonstruktion anhand von Seesedimenten diskutiert. Es zeigt sich, dass die hoch gelegenen Seen des Zentralen Keniarifts, als Teil des Ostafrikanischen Grabensystems, besonders geeignete Klimaarchive darstellen, da sie sensibel auf klimatische Veränderungen reagieren. Veränderungen der Seechemie, wie sie in den Sedimenten aufgezeichnet werden, eignen sich um die natürlichen Schwankungen in der Quartären Klimageschichte Ostafrikas nachzuzeichnen. Basierend auf der guten 40Ar/39Ar- und 14C-Datierbarkeit der Seesedimente wird eine Chronologie der paläoökologischen Bedingungen anhand von Diatomeenvergesellschaftungen restauriert. Dabei zeigen sich für die Seen Nakuru, Elmenteita und Naivasha kurzfristige Transgression/ Regressions-Zyklen im Intervall von ca. 11.000 Jahren während des letzten (ca. 12.000 bis 6.000 J.v.H.) und vorletzten Interglazials (ca. 140.000 bis 60.000 J.v.H.). Zusätzlich kann ein allgemeiner, langfristiger Trend der Seeentwicklung von großen Frischwasserseen hin zu stärker salinen Gewässern innerhalb der letzen 1 Mio. Jahre festgestellt werden. Mittels Transferfunktionen und einem hydro-klimatischen Modellansatz können die restaurierten limnologischen Bedingungen als klimatische Schwankungen des Einzugsgebietes interpretiert werden. Wenngleich auch der zusätzliche Einfluss von tektonischen Veränderungen auf das Seeeinzugsgebiet und das Gewicht veränderter Grundwasserströme abgewogen werden, zeigt sich, dass allein geringfügig erhöhte Niederschlagswerte von ca. 30±10 % zu dramatischen Seespiegelanstiegen im Zentralen Keniarift führen. Aufgrund der etablierten hydrrologisch-klimatischen Wechselwirkungen werden Rückschlüsse auf die natürliche Variabilität des ostafrikanischen Klimas gezogen. Zudem wird die Sensitivität der Keniarift-Seen in Bezug auf die Stärke der äquatorialen Insolation und hinsichtilch variabler Oberflächenwassertemperaturen des Indischen Ozeans bewertet. / In this work, an approach of paleoclimate reconstruction for tropical East Africa is presented. After giving a short summary of modern climate conditions in the tropics and the East African climate peculiarity, the potential of reconstructing climate from paleolake sediments is discussed. As demonstrated, the hydrologic sensitivity of high-elevated closed-basin lakes in the Central Kenya Rift yields valuable guaranties for the establishment of long-term climate records. Temporal fluctuations of the limnological characteristics saved in the lake sediments are used to define variations in the Quaternary climate history. Based on diatom analyses in radiocarbon- and 40Ar/39Ar-dated sediments, a chronology of paleoecologic fluctuations is developed for the Central Kenya Rift -lakes Nakuru, Elmenteita and Naivasha. At least during the penultimate interglacial (around 140 to 60 kyr BP) and during the last interglacial (around 12 to 4 kyr BP), these lakes experienced several transgression-regression cycles on time intervals of about 11,000 years. Additionally, a long-term trend of lake evolution is found suggesting the general succession from deep freshwater lakes towards more saline waters during the last million years. Using ecologic transfer functions and a simple lake-balance model, the observed paleohydrologic fluctuations are linked to potential precipitation-evaporation changes in the lake basins. Though also tectonic influences on the drainage pattern and the effect of varied seepage are investigated, it can be shown that already a small increase in precipitation of about 30±10 % may have affected the hydrologic budget of the intra-rift lakes within the reconstructed range. The findings of this study help to assess the natural climate variability of East Africa. They furthermore reflect the sensitivity of the Central Kenya Rift -lakes to fluctuations of large-scale climate parameters, such as solar radiation and sea-surface temperatures of the Indian Ocean.

Active continental margins are affected by complex feedbacks between tectonic, climate and surface processes, the intricate relations of which are still a matter of discussion. The Chilean convergent margin, forming the outstanding Andean subduction orogen, constitutes an ideal natural laboratory for the investigation of climate, tectonics and their interactions. In order to study both processes, I examined marine and lacustrine sediments from different depositional environments on- and offshore the south-central Chilean coast (38-40°S). I combined sedimentological, geochemical and isotopical analyses to identify climatic and tectonic signals within the sedimentary records. The investigation of marine trench sediments (ODP Site 1232, SONNE core 50SL) focused on frequency changes of turbiditic event layers since the late Pleistocene. In the active margin setting of south-central Chile, these layers were considered to reflect periodically occurring earthquakes and to constitute an archive of the regional paleoseismicity. The new results indicate glacial-interglacial changes in turbidite frequencies during the last 140 kyr, with short recurrence times (~200 years) during glacial and long recurrence times (~1000 years) during interglacial periods. Hence, the generation of turbidites appears to be strongly influenced by climate and sea level changes, which control on the amount of sediment delivered to the shelf edge and therewith the stability of the continental slope: more stable slope conditions during interglacial periods entail lower turbidite frequencies than in glacial periods. Since glacial turbidite recurrence times are congruent with earthquake recurrence times derived from the historical record and other paleoseismic archives of the region, I concluded that only during cold stages the sediment availability and slope instability enabled the complete series of large earthquakes to be recorded. The sediment transport to the shelf region is not only driven by climate conditions but also influenced by local forearc tectonics. Accelerating uplift rates along major tectonic structures involved drainage anomalies and river flow inversions, which seriously altered the sediment supply to the Pacific Ocean. Two examples for the tectonic hindrance of fluvial systems are the coastal lakes Lago Lanalhue and Lago Lleu Lleu. Both lakes developed within former river valleys, which once discharged towards the Pacific and were dammed by tectonically uplifted sills at ~8000 yr BP. Analyses of sediment cores from the lakes showed similar successions of marine/brackish deposits at the bottom, covered by lacustrine sediments on top. Dating of the transitions between these different units and the comparison with global sea level curves allowed me to calculate local Holocene uplift rates, which are distinctly higher for the upraised sills (Lanalhue: 8.83 ± 2.7 mm/yr, Lleu Lleu: 11.36 ± 1.77 mm/yr) than for the lake basins (Lanalhue: 0.42 ± 0.71 mm/yr, Lleu Lleu: 0.49 ± 0.44 mm/yr). I hence considered the sills to be the surface expression of a blind thrust associated with a prominent inverse fault that is controlling regional uplift and folding. After the final separation of Lago Lanalhue and Lago Lleu Lleu from the Pacific, a constant deposition of lacustrine sediments preserved continuous records of local environmental changes. Sequences from both lakes indicate a long-term climate trend with a significant shift from more arid conditions during the Mid-Holocene (8000 – 4200 cal yr BP) to more humid conditions during the Late Holocene (4200 cal yr BP – present). This trend is consistent with other regional paleoclimatic data and interpreted to reflect changes in the strength/position of the Southern Westerly Winds. Since ~5000 years, sediments of Lago Lleu Lleu are marked by numerous intercalated detrital layers that recur with a mean frequency of ~210 years. Deposition of these layers may be triggered by local tectonics (i.e. earthquakes), but may also originate from changes in the local climate (e.g. onset of modern ENSO conditions). During the last 2000 years, pronounced variations in the terrigenous sediment supply to both lakes suggest important hydrological changes on the centennial time-scale as well. A lower input of terrigenous matter points to less humid phases between 200 cal yr B.C. - 150 cal yr A.D., 900 - 1350 cal yr A.D. and 1850 cal yr A.D. to present (broadly corresponding to the Roman, Medieval, and Modern Warm Periods). More humid periods persisted from 150 - 900 cal yr A.D. and 1350 - 1850 cal yr A.D. (broadly corresponding to the Dark Ages and the Little Ice Age). In conclusion, the combined investigation of marine and lacustrine sediments is a feasible method for the reconstruction of climatic and tectonic processes on different time scales. My approach allows exploring both climate and tectonics in one and the same archive, and is largely transferable to other active margins worldwide. / An aktiven Kontinentalrändern wirken komplexe Rückkopplungen zwischen Tektonik, Klima- und Oberflächenprozessen, deren Zusammenhänge bisher nur in Grundzügen verstanden und Gegenstand aktueller Forschung sind. Der chilenische Kontinentalrand – mit den Anden als größtem Subduktionsorogen der Erde – bietet ein natürliches Labor zur Erforschung von Klima und Tektonik sowie deren Wechselbeziehungen. Um beide Prozesse genauer zu verifizieren, habe ich marine und lakustrine Sedimente entlang der südlichen Küste Zentralchiles (38-40°S) untersucht und die enthaltenen klimatischen und tektonischen Signale mit einer Kombination aus sedimentologischen, geochemischen und Isotopen-Analysen identifiziert. Die Untersuchung der marinen Trenchsedimente (ODP-Bohrung 1232, SONNE-Kern 50SL) konzentriert sich dabei auf Änderungen in der Ablagerungsfrequenz von turbiditischen Lagen, welche in der tektonisch aktiven Region süd-zentral Chiles als Anzeiger periodisch auftretender Erdbeben und somit als Archiv lokaler Seismizität gewertet werden. Für die letzten 140 000 Jahre zeigen die Daten deutliche Schwankungen der Turbiditfrequenzen: Während in Glazialzeiten in etwa ein Ereignis alle 200 Jahre zu verzeichnen ist, treten Turbidite in den Interglazialzeiten nur etwa alle 1000 Jahre auf. Die Häufigkeit der Turbidite scheint demnach nicht nur von der lokalen Seismizität, sondern auch von globalen Klima- und Meeresspiegelschwankungen abhängig zu sein. Beide bestimmen die Sedimentmenge, die den Kontinentalschelf und die Schelfkante erreicht, und damit letztendlich die Stabilität des Kontinentalhanges; so führen stabilere Hangverhältnisse in den Interglazialen zu geringeren Turbiditfrequenzen als in den Glazialen. Da die glazialen Turbidithäufigkeiten gut mit der Häufigkeit von historisch dokumentierten Erdebeben übereinstimmen, scheint in Abhängigkeit der größeren Sedimentmenge und der geringeren Hangstabilität nur in den Kaltzeiten die Gesamtzahl aller großen Erbeben durch Turbidite aufgezeichnet zu werden. Neben dem Klima bestimmt auch die lokale Forearc-Tektonik den Sedimenttransport zur Schelfregion. Erhöhte Hebung entlang tektonischer Strukturen kann zu Veränderungen im Gewässernetz führen und so die Sedimentzufuhr zum Pazifik modifizieren oder gar unterbinden. Zwei Beispiele für die tektonische Blockade von Flusssystemen entlang von Störungszonen sind die heutigen Küstenseen Lago Lanalhue und Lago Lleu Lleu. Beide Seen entwickelten sich aus ehemaligen Flusssystemen, die einst zum Pazifik hin entwässerten und vor etwa 8000 Jahren durch lokale tektonische Hebung entlang einer inversen Verwerfung aufgestaut wurden. Sedimentkernanalysen zeigen für beide Seen eine ähnliche Abfolge von zunächst marinem und darüber liegendem lakustrinen Material. Die genaue Datierung des marin-lakustrinen Übergangs und der Vergleich mit globalen Meeresspiegelkurven erlaubt die Berechnung lokaler holozäner Hebungsraten. Für die Schwellen, die beide Seen eindämmen, sind diese Raten deutlich höher (Lanalhue: 8.83 ± 2.7 mm/Jahr; Lleu Lleu: 11.36 ± 1.77 mm/Jahr) als für die Seebecken selbst (Lanalhue: 0.42 ± 0.71 mm/Jahr; Lleu Lleu: 0.49 ± 0.44 mm/Jahr). Die Schwellen scheinen deshalb Anzeiger einer bislang verdeckten Überschiebung zu sein, die Hebung und Verformung in der Region der beiden Seen beeinflusst. Seit ihrem Aufstauen werden in beiden Seen kontinuierlich lakustrine Sedimente abgelagert und so lokale/regionale Umwelt- und Klimaänderungen archiviert. Die Sedimentsequenzen zeigen einen Übergang von ariderem Klima im mittleren Holozän (8000 - 4200 Jahre vor heute) zu humideren Bedingungen im späten Holozän (seit 4200 Jahren). Dieser Trend stimmt mit anderen paläoklimatischen Daten der Umgebung überein, und wird als Zeichen einer Änderung in der Stärke bzw. Breitenlage der südhemisphärischen Westwinde interpretiert. Seit etwa 5000 Jahren sind die Sedimente des Lago Lleu Lleu durch regelmäßig auftretende detritische Lagen gekennzeichnet, die in ihrer Ursache sowohl tektonisch (z.B. durch Erdbeben) als auch klimatisch (z.B. durch Änderungen der El Niño Southern Oscillation) bedingt sein könnten. Seit etwa 2000 Jahren weisen in beiden Seen vermehrte Schwankungen im Terrigeneintrag auch auf kurzfristigere hydrologische Änderungen hin. Ein verminderter Eintrag lässt auf weniger humides Klima zwischen 200 B.C. - 150 A.D., 900 - 1350 A.D., und nach 1850 A.D. (in etwa der römischen, mittelalterlichen und gegenwärtigen Warmzeit) schließen; vermehrter Eintrag zwischen 150 - 900 A.D sowie 1350 - 1850 A.D. (in etwa den ‚Dark-Ages’ und der Kleinen Eiszeit) weist dagegen ein stärker humides Klima hin. Wie die Ergebnisse zeigen, ist die kombinierte Analyse von marinen und lakustrinen Sedimenten ein praktikabler Ansatz, um klimatische und tektonische Prozesse auf verschiedenen Zeitskalen in ein und demselben Archiv zu untersuchen. Die Methode lässt sich weitgehend auch auf andere aktive Kontinentalränder übertragen.

Sediment records of three European lakes were investigated in order to reconstruct the regional climate development during the Lateglacial and Holocene, to investigate the response of local ecosystems to climatic fluctuations and human impact and to relate regional peculiarities of past climate development to climatic changes on a larger spatial scale. The Lake Hańcza (NE Poland) sediment record was studied with a focus on reconstructing the early Holocene climate development and identifying possible differences to Western Europe. Following the initial Holocene climatic improvement, a further climatic improvement occurred between 10 000 and 9000 cal. a BP. Apparently, relatively cold and dry climate conditions persisted in NE Poland during the first ca. 1500 years of the Holocene, most likely due to a specific regional atmospheric circulation pattern. Prevailing anticyclonic circulation linked to a high-pressure cell above the remaining Scandinavian Ice Sheet (SIS) might have blocked the eastward propagation of warm and moist Westerlies and thus attenuated the early Holocene climatic amelioration in this region until the final decay of the SIS, a pattern different from climate development in Western Europe. The Lateglacial sediment record of Lake Mondsee (Upper Austria) was investigated in order to study the regional climate development and the environmental response to rapid climatic fluctuations. While the temperature rise and environmental response at the onset of the Holocene took place quasi-synchronously, major leads and lags in proxy responses characterize the onset of the Lateglacial Interstadial. In particular, the spread of coniferous woodlands and the reduction of detrital flux lagged the initial Lateglacial warming by ca. 500–750 years. Major cooling at the onset of the Younger Dryas took place synchronously with a change in vegetation, while the increase of detrital matter flux was delayed by about 150–300 years. Complex proxy responses are also detected for short-term Lateglacial climatic fluctuations. In summary, periods of abrupt climatic changes are characterized by complex and temporally variable proxy responses, mainly controlled by ecosystem inertia and the environmental preconditions. A second study on the Lake Mondsee sediment record focused on two small-scale climate deteriorations around 8200 and 9100 cal. a BP, which have been triggered by freshwater discharges to the North Atlantic, causing a shutdown of the Atlantic meridional overturning circulation (MOC). Combining microscopic varve counting and AMS 14C dating yielded a precise duration estimate (ca. 150 years) and absolute dating of the 8.2 ka cold event, both being in good agreement with results from other palaeoclimate records. Moreover, a sudden temperature overshoot after the 8.2 ka cold event was identified, also seen in other proxy records around the North Atlantic. This was most likely caused by enhanced resumption of the MOC, which also initiated substantial shifts of oceanic and atmospheric front systems. Although there is also evidence from other proxy records for pronounced recovery of the MOC and atmospheric circulation changes after the 9.1 ka cold event, no temperature overshoot is seen in the Lake Mondsee record, indicating the complex behaviour of the global climate system. The Holocene sediment record of Lake Iseo (northern Italy) was studied to shed light on regional earthquake activity and the influence of climate variability and anthropogenic impact on catchment erosion and detrital flux into the lake. Frequent small-scale detrital layers within the sediments reflect allochthonous sediment supply by extreme surface runoff events. During the early to mid-Holocene, increased detrital flux coincides with periods of cold and wet climate conditions, thus apparently being mainly controlled by climate variability. In contrast, intervals of high detrital flux during the late Holocene partly also correlate with phases of increased human impact, reflecting the complex influences on catchment erosion processes. Five large-scale event layers within the sediments, which are composed of mass-wasting deposits and turbidites, are supposed to have been triggered by strong local earthquakes. While the uppermost of these event layers is assigned to a documented adjacent earthquake in AD 1222, the four other layers are supposed to be related to previously undocumented prehistorical earthquakes. / Sedimente aus drei europäischen Seen wurden untersucht um die regionale Klimaentwicklung während des Spätglazials und Holozäns und die Reaktion der Ökosysteme auf Klimaschwankungen und menschlichen Einfluss zu rekonstruieren sowie die regionalen Besonderheiten der spätquartären Klimaveränderungen in einen überregionalen Kontext zu setzen. Die Sedimente des Jezioro Hańcza (Nordostpolen) wurden im Hinblick auf die frühholozäne Klimaentwicklung und die Identifikation möglicher Unterschiede gegenüber Westeuropa untersucht. Im Anschluss an die Erwärmung zu Beginn des Holozäns konnte eine weitere Verbesserung der Klimabedingungen zwischen 10 000 und 9000 Jahren vor heute nachgewiesen werden. Offensichtlich herrschten in Nordostpolen während der ersten 1500 Jahre des Holozäns noch relative kalte und trockene Klimabedingungen, höchstwahrscheinlich als Resultat besonderer regionaler atmosphärischer Zirkulationsverhältnisse. Eine antizyklonale Zirkulationszelle als Resultat eines Hochdruckgebiets über dem Rest des Skandinavischen Eisschilds verhinderte wahrscheinlich das Vordringen warmer und feuchter Luftmassen aus Westen und verursachte damit eine Abschwächung der frühholozänen Klimaverbesserung in dieser Region bis zum endgültigen Zerfall des Eisschilds, was grundsätzlich von der frühholozänen Klimaentwicklung in Westeuropa abweicht. Die spätglazialen Sedimente des Mondsees (Oberösterreich) wurden im Hinblick auf die regionale Klimaentwicklung und die Reaktion des Ökosystems auf abrupte Klimaschwankungen untersucht. Während die Erwärmung zu Beginn des Holozäns von einer zeitgleichen Reaktion des Ökosystems begleitet wurde, war die Reaktion des Ökosystems auf die Erwärmung zu Beginn des Spätglazials deutlich verzögert. Insbesondere die Ausbreitung von Nadelwäldern und die Reduktion des klastischen Eintrags folgten der spätglazialen Erwärmung erst mit einer Verzögerung von ca. 500–750 Jahren. Die Abkühlung zu Beginn der Jüngeren Dryas war durch eine deutliche Synchronizität zwischen Temperatur- und Vegetationsänderung gekennzeichnet, wohingegen der Anstieg des klastischen Eintrags erst 150–300 Jahre verzögert folgte. Eine komplexe Reaktion des Ökosystems zeigt sich auch während kurzfristiger spätglazialer Klimaschwankungen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass abrupte Klimaveränderungen durch komplexe und zeitlich variable Reaktionsmuster des Ökosystems gekennzeichnet sind, die hauptsächlich von dessen Klimasensitivität und den ökologischen Ausgangsbedingungen abhängen. Eine zweite Studie an den Sedimenten des Mondsees konzentrierte sich auf zwei Klimaschwankungen vor ca. 8200 und 9100 Jahren, für die Schmelzwassereintrag in den Nordatlantik und ein damit verbundenes Zusammenbrechen der thermohalinen Zirkulation als Ursache angesehen wird. Durch Warvenzählungen und 14C-Datierungen konnten sowohl die Dauer (ca. 150 Jahre) als auch das absolute Alter der Kältephase vor ca. 8200 Jahren zuverlässig bestimmt werden, welche in guter Übereinstimmung mit Resultaten aus anderen Paläoklimaarchiven stehen. Darüber hinaus wurde eine kurze Warmphase direkt im Anschluss an das Abkühlungsereignis identifiziert, die auch in anderen Klimaarchiven im nordatlantischen Raum nachweisbar ist. Diese wurde wahrscheinlich durch ein Wiedererstarken der thermohalinen Zirkulation verursacht, welches darüber hinaus eine Verschiebung ozeanischer und atmosphärischer Frontsysteme zur Folge hatte. Obwohl andere Klimaarchive auch nach dem Abkühlungsereignis vor ca. 9100 Jahren auf ein Wiedererstarken der thermohalinen Zirkulation hindeuten, finden sich in den Sedimenten des Mondsees keine Anzeichen für eine solche Wärmeperiode, was die Komplexität des globalen Klimasystems verdeutlicht. Die holozänen Sedimente des Lago d’Iseo (Norditalien) wurden im Hinblick auf die regionale Erdbebenaktivität und den Einfluss von Klima und Mensch auf Erosionsprozesse im Einzugsgebiet und den klastischen Eintrag in den See untersucht. Zahlreiche kleinere detritische Lagen in den Sedimenten spiegeln Eintrag durch extreme Oberflächenabflussereignisse wieder. Während des Früh- und Mittelholozäns zeigt sich eine deutliche Übereinstimmung zwischen erhöhtem klastischen Eintrag und kühleren und feuchteren Klimaverhältnissen, was auf einen dominanten Einfluss der natürlichen Klimavariabilität hindeutet. Im Gegensatz dazu zeigen Phasen erhöhten klastischen Eintrags während des Spätholozäns teilweise auch eine Korrelation mit erhöhter Siedlungsaktivität, was die Komplexität der Einflüsse auf Erosionsprozesse im Einzugsgebiet verdeutlicht. Darüber hinaus konnten auch fünf größere Ereignislagen nachgewiesen werden, welche durch Rutschmassen und Turbidite gekennzeichnet sind und für die lokale Erdbeben als Ursache vermutet werden. Die jüngste Ereignislage kann mit einem historisch dokumentierten proximalen Erdbeben im Jahr AD 1222 korreliert werden. Für die anderen vier Ereignislagen werden bisher undokumentierte prähistorische Erdbeben als Ursache angenommen.

Diese Arbeit widmet sich detaillierten stratigraphischen und paläopedologischen Studien an Löss-Paläoboden Sequenzen (LPS) im kontinentalen Nordosten Österreichs, im Lee der Böhmischen Masse relativ zur Westwindzone. Neben methodischen Erkenntnissen ergeben sich allgemeine Schlussfolgerungen über die Klima- und Landschaftsentwicklung während der letzten Million Jahre. Die untersuchten Aufschlüsse liegen in der Region um Krems (Krems-Schießstätte, Paudorf, Stiefern) und in Stillfried. Einige sind weithin bekannt als ehemalige Typuslokalitäten der Quartärstratigraphie, aber nach fundamentalen Revisionen in den 1970er Jahren schwand das Interesse an diesen merklich. Die LPS befinden sich in Hanglage, so sind polygenetische Einheiten und Erosionslücken üblich. Als Archive einer komplexen geomorphologischen Entwicklung sind sie nicht geeignet für die Anwendung üblicher paläoklimatischer Proxies. Um die Entstehung der untersuchten LPS zu verstehen, wurde ein multimethodischer Ansatz entwickelt, der detaillierte Untersuchungen von der Landschafts- bis auf die Mikroebene umfasst. Innovativ ist die Verwendung quantitativer Farbmessungen in hoher Auflösung zum Zwecke einer standardisierten Klassifikation von Profileinheiten. Detaillierte mikromorphologische Untersuchungen sind Basis für die Rekonstruktion des Wechselspiels aus äolischer Sedimentation, Pedogenese und Hangprozessen. Die Korrelation der LPS basiert auf mehreren geochronologischen Ankerpunkten und ist zugleich Hinweis auf tiefgreifende morphologische Veränderungen in der Region Krems während des Pleistozäns. Im chronologischen Rahmen ergeben sich unter Anwendung des Konzepts der klimaphytomorphen Böden qualitative paläoklimatische Schlussfolgerungen: Kräftig verwitterte Bodenhorizonte sind polygenetisch und nicht das Resultat feuchterer Klimabedingungen während dezidierter Entwicklungsphasen. Die Kontinentalität des Untersuchungsgebiets blieb währenden der letzten Million Jahre weitgehend bestehen, teils mit erhöhtem mediterranem Einfluss. Eine Dominanz atlantischer Feuchte beschränkt(e) sich auf die Regionen westlich der Böhmischen Masse. Die Paläoklimate des Untersuchungs-gebiets waren eher vergleichbar mit jenen des Pannonischen Beckens, obgleich die untersuchten Sequenzen keinen Hinweis auf den dort vermuteten Gradienten zunehmender Aridität zeigen. Interessant sind ferner zahlreiche gebleichte Horizonte innerhalb der Lösssedimente, die als Reste von Tundragleyen interpretiert werden. Diese sind im Löss des Pannonischen Becken nicht nachweisbar. Hieraus wird ein mitteleuropäischer Charakter kaltzeitlichen Klimas innerhalb des untersuchten Zeitrahmens gefolgert. / This thesis presents detailed stratigraphical and paleopedological studies of loess-paleosol sequences (LPS) in the continental northeast of Austria, on the leeward side of the Bohemian Massif relative to the Westerlies. Aside from advances in methodology, general conclusions are drawn about climate and landscape development over the last million years. The studied outcrops are located in the region of Krems (Krems-Schießstätte, Paudorf, Stiefern) and at Stillfried. Some are widely known as former type localities of Quaternary stratigraphy, but general interest in these records faded after fundamental revisions were made in the 1970s. The LPS are located at slope positions, where polygenetic units and erosional discontinuities are common. The records document a complex geomorphological development, thus the application of established paleoclimatic proxies is not promising. In order to understand the genesis of the studied LPS, a multi-method approach was developed that encompassed detailed investigations on various scales from the landscape to the microscope. One key innovation is the use of quantitative color measurements in high resolution to provide a standardized classification of profile units. Detailed micromorphological analyses were the main basis for reconstructing the interplay of aeolian sedimentation, pedogenesis, and slope processes. Based on various geochronological tie points, stratigraphies of the investigated LPS were correlated; evidence for several profound geomorphic changes in the Krems region during the Pleistocence. The concept of climaphytomorphic soils combined with the chronological framework allowed for qualitative paleoclimatic conclusions: Strongly weathered soil horizons are polygenetic and do not indicate enhanced humidity during distinct phases of development. The continentality of the study region during warm periods has remained relatively constant during the last million years, partly with enhanced Mediterranean influences. A dominating influence of Atlantic moisture remained restricted to the regions west of the Bohemian Massif. The paleoclimates in the study region were to some extent comparable to the Pannonian Basin; though, the studied records do not indicate a considerable gradient of increasing aridity during the Middle Pleistocene. Interesting are numerous bleached horizons in the loess sediments, interpreted as remnants of tundra gley soils. As these are practically absent in the loess of the Pannonian Basin, a rather Central European character of the main cold stages in the studied time frame could be inferred.

Fossil plants are regard to be excellent proxies to trace paleoclimatic and paleoatmospheric changes. The vegetational response to changing paleoclimate and paleoatmospheric conditions has already been known for a long time and is well documented for the Paleogene of central Europe. Methods such as the Coexistence Approach (CA) and the Climate Leaf Analyses Multivariate Program (CLAMP) analyze the composition of fossil plant assemblages. Changes in paleoclimate and CO2 through time can be tracked also via changes in morphometric parameters such as leaf area, leaf size and leaf shape or epidermal (cuticular) parameters as for instance stomata density (SD), stomata index (SI) and stomata size. The multivariate gas exchange model combines morphometric and cuticular parameters, together with assumed paleoclimate conditions and physiological data of nearest living equivalents to determine paleo-CO2. Plants show differences in morphological, morphometric and cuticular parameters, not only in response to overall changes in CO2 and climate, but also due to their immobility and dependency on light intensity, water availability and soil conditions at the respective site. In this study leaf traits of both Rhodomyrtophyllum reticulosum and Platanus neptuni from 23 sites in Germany, Austria and the Czech Republic covering a time span from the late early Eocene to the early Miocene of central Europe are investigated. Alongside the stratigraphic range of the data set, which allows for tracing long-term variations in the respective parameters, sites of different depositional facies types (maar deposits, marine deposits and fluvial-lacustrine deposits) were included. It has been proven that the investigation of single species and their correspondence to global and regional paleoclimatic and paleoatmospheric shifts has to be done considering differences in the respective depositional setting and thus habitat. Regional effects influence the peculiarity of leaf traits greatly which implies that regional and site related patterns partly overweigh global correspondences. The weak correlation of leaf trait changes to global changes in paleoclimate and CO2 implies that the long-lived species Rhodomyrtophyllum reticulosum and Platanus neptuni are not suitable to track these changes due their high plasticity and adaptability. The long stratigraphic range of the investigated species therefore point out the high adaption potential which by implication leads to a lower correspondence to global paleoclimatic changes. The determination of crucial leaf traits and their response to overall changes in paleoclimate and CO2 hampers the fact that the fossil record bears mainly elements present in azonal vegetation which is caused by predominantly burial of fossils in aquatic bodies. Hence, long-lived species could have been survived these remarkable changes in climate from the end of the Early Eocene Climatic Optimum to the Oligocene icehouse world due to their occurrence in azonal assemblages, buffering global effects in climate variability to a certain degree. The investigation of long-lived fossil species therefore has to be done by coincident consideration of the composition of the whole plant assemblage, which reflects both azonal and partly zonal vegetation of the respective time interval.

In this study reef corals from two Caribbean and adjacent regions in different periods were investigated. Sclerochronological records of corals from well preserved Miocene to Pleistocene reefs were used to document potential changes in seasonal and interannual climate associated with CAS uplift and closure. In southern Florida the Plio/Pleistocene Caloosahatchee Formation is cropping out. During the deposition of this stacked shallow marine sediments at the Plio/Pleistocene Florida carbonate platform, a rich coral fauna existed. Corals from the Caloosahatchee Formation were investigated herein, regarding to reveal high resolution (bimonthly) climatic archives in their skeletons. The second region investigated herein is the Cibao Valley in the Dominican Republic, where sediments of the Neogene Yaque Group are outcropping. Corals from the Late Miocene Cercado Formation and the Mio/Pliocene Gurabo Formation (both upper part of the Yaque Group) are discussed here. Both formations are mixed carbonate-siliciclastic deposits of the prograding inner-shelf and contain a well preserved faunal record. Sclerochronological methods are used to identify seasonal and interannual climatic variability. Especially radiography, stable isotope analysis and laser ablation measurements (LA-ICP-MS) were used and discussed with a special focus on the pristine preservation of the analysed coralline material.