Thai Binh is a coastal province of Red River Delta in Vietnam, having administrative boundaries at the river systems and coastlines that cause groundwater quality varies complicatedly. Today in Thai Binh province, the groundwater in Holocene and Pleistocene aquifers is exploited for domestic use. But, beside the quality of groundwater in this region is not uniform, it is interspersed between salt water and fresh water zones in Holocene and Pleistocene aquifers. Nowaday, under the force of groundwater exploitation activity for domestic purposes, agricultural activities, the impact of climate change and sea level rise issues, the quality of distribution of groundwater here change. According to the recent research results, groundwater quality and distribution of salt water - fresh water there have many changes compared with the research results of the Northern Division for Water resources Planning and Investigation in the year 1996. For the the Holocene aquifer (qh), distribution area of salt water zone has been narrowed. Besides, saline cleaning process occurred in some coastal areas in Tien Hai, Thai Thuy and a part of Quynh Phu district. For the Pleistocene aquifer (qp), compared with research result in 1996, the boundaries between saline and fresh water at the present time is not change so much. By assessing the status of the distribution of saline and fresh water zones in groundwater in Thai Binh and the movement of this boundary, author’s research results will be the basis that helps the managers give out reasonable exploiting and sustainable using methods for these natural resources. / Thái Bình là một tỉnh ven biển thuộc vùng châu thổ sông Hồng của Việt Nam, được bao bọc bởi hệ thống sông biển khép kín làm cho chất lượng nước ngầm biến đổi rất phức tạp. Hiện nay, tại Thái Bình có 2 tầng chứa nước chính phục vụ ăn uống sinh hoạt là tầng chứa nước Holocen và tầng chứa nước Pleistocen. Tuy nhiên, chất lượng nước ngầm ở các tầng chứa nước này không đồng đều, có sự phân bố xen kẽ giữa các khoảnh nước mặn và nước nhạt. Hiện nay, dưới tác động của hoạt động dân sinh, sản xuất nông nghiệp, khai thác nước phục vụ sinh hoạt cùng ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và sự dâng cao của mực nước biển đã làm thay đổi chất lượng và quy mô phân bố nước ngầm khu vực. Theo những kết quả nghiên cứu mới nhất của tác giả cho thấy diện tích phân bố của các vùng nước mặn - nước nhạt của các tầng chứa nước trên địa bàn tỉnh đã có nhiều thay đổi so với kết quả nghiên cứu trước đây của Liên đoàn Địa chất thủy văn – Địa chất công trình miền Bắc năm 1996. Với tầng chứa nước Holocen, diện tích phân bố các khoảnh nước mặn bị co hẹp và đang có sự nhạt hóa tại một số khu vực ven biển thuộc Huyện Tiền Hải, Thái Thụy và một phần thuộc huyện Quỳnh Phụ. Trong tầng chứa nước Pleistocen (qp), so với kết quả nghiên cứu năm 1996, ranh giới mặn – nhạt tại thời điểm hiện tại đã có sự thay đổi nhưng không lớn. Kết quả nghiên cứu này là cơ sở giúp các nhà quản lý đề xuất giải pháp, phân vùng khai thác và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên này đặc biệt trước tình trạng khan hiếm nước như hiện nay trên địa bàn tỉnh Thái Bình.

Mit der vorliegenden Arbeit wurde exemplarisch die holozäne Klima- und Landschaftsentwicklung für einen semiariden Natur- und Kulturraum in Südost-Spanien rekonstruiert. Dabei wurden unterschiedliche klimatologische, orographische und anthropogene Einflussfaktoren beschrieben und deren interdependentes Wirkungsgefüge abgeleitet. Dies erfolgte durch die Analyse des subrezenten Regionalklimas, anhand eines an die semi-ariden Bedingungen angepassten Wasserhaushaltsmodells sowie durch die Einbeziehung von stratigraphischen und geochemischen Untersuchungen an Sedimentaufschlüssen, die eine Interpretation der regionalen holozänen Klima- und Umweltgeschichte ermöglicht. Um eine Vergleichsbasis für die holozänen Klimabedingungen zu erhalten, wurde das Klima der letzten 50 Jahre im Hinblick auf subrezente Änderungen analysiert. Dazu wurden die räumlichen und zeitlichen Eigenschaften der Niederschlagsquantität und –intensität ausgewertet und beschrieben. Durch die differenzierte Gegenüberstellung der Resultate der verschiedenen Auswertever¬fahren wird eine detaillierte Beschreibung der rezenten und subrezenten pluvio-klimatischen Steuergrößen für das Untersuchungsgebiet möglich. Die Analysen zeigen, dass die 30 jährigen Mittelwerte der Jahresniederschlagssummen im Untersuchungsgebiet zwischen 281 und 426 mm schwanken und, entgegen dem für das westliche Mediterraneum postulierten negativen Trend, zunehmen. Die Anzahl der annuellen Niederschlagstage unterliegt einer hohen Variabilität, wenngleich ein positiver Trend der Starkniederschlagsereignisse, insbesondere für die Monate September und Oktober, zu erkennen ist. Dies ist vor dem Hintergrund der sommerlichen Trockenheit (40 bis 150 Tage) entscheidend, da frühherbstliche Starkniederschlagsereignisse aufgrund des erhöhten Oberflächenabflusses besonders erosionswirksam sind. Die relative annuelle Niederschlagsvariabilität im Untersuchungsgebiet erreicht bis zu 36 % und liegt damit teilweise über den Werten von ariden nordafrikanischen Gebieten. Ein deutlicher Unterschied des pluvio-klimatischen Regimes konnte im Untersuchungsgebiet in Abhängigkeit der orographischen Verhältnisse festgestellt werden. So schwanken die Werte für die Niederschlagssumme, -intensität und -dauer sowie zeitlichem Auftreten in Abhängigkeit von der umgebenden Reliefstruktur und Höhenlage deutlich. Um mögliche Veränderungen der ephemeren und periodischen Abflusscharakteristik sowie der Wasserhaushaltsgrößen ableiten zu können, wurde ein flächendifferenziertes Wasserhaushalts-Simulationsmodell an die semi-ariden Bedingungen des Untersuchungsgebietes angepasst. Auf der Basis der Modellergebnisse für die Jahre 1988 bis 1993 konnte gezeigt werden, dass der mittlere Gebietsniederschlag von rund 430 mm zu 87 % verdunstet, was auf die hohen Lufttemperaturen, die häufigen Strahlungswetterlagen, die Windverhältnisse sowie die reduzierte Wasseraufnahmefähigkeit des Bodens zurückgeführt wird. Die mittlere, modellierte Gesamtabflussspende beträgt lediglich 32 mm, was rund 7.5 % der Gebietsniederschlagssumme entspricht und als charakteristisch für semi-aride Naturräume angesehen werden kann. Die Änderung des Boden- und Grundwasser¬speichers von +24 mm wird teilweise durch die anthropogene Nutzung, durch Bewässerung und den Bau von Rückhaltebecken erklärt. Neben der hydrologischen Modellierung wurden des Weiteren Landbedeckungsszenarien erstellt und in das adaptierte Modell integriert, um die holozänen Umweltbedingungen zu rekonstruieren. Dabei hat sich gezeigt, dass unter potentiell natürlicher Vegetation eine Erhöhung der Bodenfeuchte und des Zwischenabflusses, eine Reduzierung des Oberflächenabflusses und eine Steigerung der potentiellen Evapotranspiration gegenüber dem heutigen Zustand erfolgt. Unter intensivierten Landnutzungsbedingungen, die möglicherweise zu Beginn des Subatlantikums geherrscht haben oder in Zukunft auftreten könnten, erfolgt hingegen eine Erhöhung des Oberflächenabflusses, eine Reduzierung der pflanzenverfügbaren Bodenfeuchte sowie eine verminderte aktuelle Evapotranspiration, wenngleich die Änderungs¬beträge geringer als in Szenario 1 ausfallen. Dies liegt vermutlich daran, dass die heutige Landnutzung mit Trockenfeldbau, Bewässerungskulturen und Weidewirtschaft als intensiv beschrieben werden kann und durch Landdegradation und Erosion gekennzeichnet ist. Dazu zählen insbesondere Erosionsprozesse, die durch fließendes Wasser, Wind oder durch Gravitation ausgelöst werden und vornehmlich auf steilen ackerbaulich und weidewirtschaftlich genutzten Flächen auftreten. Der Mensch greift seit der Antike in unterschiedlicher Intensität in dieses Prozessgeschehen ein, und verändert durch seine wirtschaftende Tätigkeit die Pflanzenbedeckung, die Bodeneigenschaften (z.B. Bodenwasserhaushalt) sowie das Mikro- und Mesorelief, und verstärkt oder vermindert damit die natürlichen Erosionsprozesse. Die anthropogenen Auswirkungen auf die historische Landschaftsentwicklung wurden in der vergleichenden Betrachtung der stratigraphischen und geochemischen Untersuchungen von drei Sedimentaufschlüssen aufgezeigt. Zwei Sedimentaufschlüsse im hydrologischen Einzugsgebiet des Río Caramel zeigen erhöhte Akkumulationsraten, steigende Anteile von organischem Kohlenstoff und eine Änderung der stratigraphischen Charakterisik für die letzten 3.000 Jahre BP an. Auf der Basis von geochemischen Untersuchungen der Sedimente wurden Verhältniswerte zwischen MgO/CaO, Fe2O3/MnO und SiO2/(CaO+MgO) bestimmt, deren Änderungen als Maß für die vorzeitlichen Umweltbedingungen angesehen werden können. Für das Spätglazial zeigen diese Untersuchungen relativ trockene Umweltbedingungen an. Zum Ende des Präboreals steigen die Indizes an und deuten auf eine Veränderung der Umweltbedingungen im Untersuchungsraum hin, deren Trend bis ins späte Subboreal anhält. Die feuchteste Phase erfolgt im Übergang zwischen Atlantikum und Subboreal und fällt somit mit dem Beginn der ackerbau¬lichen Nutzung der Region zusammen. Seither erfolgt eine Aridisierungstendenz, die mit kurzen Unterbrechungen das gesamte Subatlantikum andauert. Basierend auf den vorgestellten klimatischen und orographischen Analysen sowie unter Berücksichtigung der Resultate der Wasserhaushaltsmodellierung und Szenarien konnte in dieser interdisziplinären Arbeit ein Beitrag zur Rekonstruktion der subrezenten und holozänen Klima- und Umweltgeschichte des hydrologischen Einzugsgebietes des oberen Rio Guadalentín geleistet werden. Dieser Beitrag ist im übergeordneten Kontext der holozänen Forschung des westlichen Mediterraneums zu sehen, die ein besseres Verständnis der allgemeinen Landschafts- und Klimaentwicklung der letzten 10.000 Jahre für die Iberische Halbinsel ermöglicht. Insbesondere die Ergebnisse der stratigraphischen und geochemischen Untersuchungen der Sedimentaufschlüsse erscheinen im Hinblick auf die holozäne Umweltgeschichte für eine großräumige Übertragung geeignet, um die zukünftige Landschaftsentwicklung besser verstehen und prognostizieren zu können. / The presented study focused on the reconstruction of the Holocene climatological and landscape evolution for a semiarid natural and cultural environment in southeast Spain. Climatological, orographical and anthropogenic influencing factors were described in order to derive and evaluate their interrelationships. This work is based on an analysis of the subrecent regional climate, on a water balance simulation model, as well as on the integration of stratigraphic and geochemical investigations of fluvial sediments, which themselves allow interpretation of the regional climate and environment history. As a basis for comparing the climatic conditions during the Holocene, the climatic changes in the last 50 years were analysed. For that purpose spatio-temporal precipitation properties like quantity, intensity and distribution were evaluated and described. Based on various analysis techniques a detailed description of recent and subrecent pluvio-climatological control factors for the investigation area was possible. Results show that the 30 year average for annual precipitation varies between 281 and 426 mm with an increase for the upper Rio Guadalentín catchment, contrary to the postulated negative trend for the western Mediterranean. The number of precipitation days is highly variable, although a positive trend towards rainfall with high amounts of precipitation is recognized. This is important against the background of summer dryness (40 to 150 days) because intensive rainfall in early autumn potentially leads to increased topsoil erosion. The comparative annual rainfall variability within the investigation area reaches up to 36 % and therefore partially exceeds the magnitude for arid environments in North Africa. The precipitation regime varies significantly in relation to the orographic characteristics. Hence, the variations in rainfall amount, intensity, duration and occurrence depend on the surrounding relief and altitude. A water balance simulation model was adapted to semiarid conditions in order to derive possible changes within the ephemeral and periodical runoff characteristics and to calculate water balance magnitudes. Model results for the 1988 to 1993 period reveal that 87 % of the average areal precipitation of approximately 430 mm evaporates due to high air temperatures, clear skies, wind conditions, and the reduced infiltration capacity of the topsoil. The simulated total area run-off predicts precipitation values up to 32 mm (approximately 7.5 % of the areal precipitation) and is considered characteristic for semiarid environments. The +24 mm change in soil and groundwater storage is partially explained by intense anthropogenic use, especially for irrigation and the construction of water storage reservoirs. Besides the hydrological modelling, land use scenarios were generated and integrated in the adapted model in order to reconstruct Holocene environmental conditions. It could be demonstrated with scenario 1, where potential natural vegetation cover increases the soil moisture and subsurface runoff, that surface runoff is reduced and the potential evapotranspiration increased in comparison to the present situation. Scenario 2 describes intensified land use conditions, which might have occurred during the Subatlantic or potentially can take place in the future. This simulation scenario shows that surface runoff increases while the soil moisture available to vegetation and the actual evapotranspiration decrease, although the changes are less obvious compared with scenario 1. This can be attributed to today’s intensive land use, which involves dry harvesting, crop irrigation and pasture farming, and is characterized by land degradation and erosion processes. The increased surface runoff, as simulated by scenario 2, can be attributed mainly to erosion processes induced by fluvial, eolian or gravity processes on steep slopes used for agriculture and pasture. Since ancient times human interaction has influenced natural processes through agricultural modification of the land cover, soil properties (e.g., water balance) and the micro- and meso-relief, all of which increase or decrease natural erosion processes. The anthropogenic impact on historical land use development was shown in a comparison of stratigraphic and geochemical studies for three fluvial sediment outcrops. Two sites within the Río Caramel catchment show increased accumulation rates and organic carbon content, as well as a modified stratigraphic characteristic for the last 3,000 years BP. Sediment geochemical analysis using MgO/CaO, Fe2O3/MnO and SiO2/ (CaO+MgO) ratios proved to be a measure for prehistoric and historic environmental conditions. Dry conditions were assumed for the late glacial environments. An increase in aridity for samples taken from the end of the Preboreal indicates a change in the climatic conditions within the study area. This trend continues until the late Subboreal and is thought to represent a change from dry to more humid climatological conditions. The most humid period takes place in the transition between the Atlantic and the Subboreal which coincides with the beginning of agriculture in the region. After those times conditions became dryer, which continued with short interruptions during the whole Subatlantic. Based on the presented climatological and orographic analysis and with regard to the results of the water balance simulation models and scenarios, this interdisciplinary study contributes to the research done in the field of reconstructing the subrecent and Holocene climatic and environmental history of the upper Rio Guadalentín catchment. This investigation has to be seen in the context of Holocene research of the western Mediterranean which strives for better understanding of the general landscape and climatic evolution of the Iberian Peninsula during the last 10,000 years. Especially the results of the stratigraphic and geochemical investigations of the sediment outcrops appear to be suitable for incorporation in a Holocene environmental history, as a contribution toward better understanding and forecasting landscape evolution.

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.

Spatial and temporal temperature and moisture patterns across the Tibetan Plateau are very complex. The onset and magnitude of the Holocene climate optimum in the Asian monsoon realm, in particular, is a subject of considerable debate as this time period is often used as an analogue for recent global warming. In the light of contradictory inferences regarding past climate and environmental change on the Tibetan Plateau, I have attempted to explain mismatches in the timing and magnitude of change. Therefore, I analysed the temporal variation of fossil pollen and diatom spectra and the geochemical record from palaeo-ecological records covering different time scales (late Quaternary and the last 200 years) from two core regions in the NE and SE Tibetan Plateau. For interpretation purposes I combined my data with other available palaeo-ecological data to set up corresponding aquatic and terrestrial proxy data sets of two lake pairs and two sets of sites. I focused on the direct comparison of proxies representing lacustrine response to climate signals (e.g., diatoms, ostracods, geochemical record) and proxies representing changes in the terrestrial environment (i.e., terrestrial pollen), in order to asses whether the lake and its catchments respond at similar times and magnitudes to environmental changes. Therefore, I introduced the established numerical technique procrustes rotation as a new approach in palaeoecology to quantitatively compare raw data of any two sedimentary records of interest in order to assess their degree of concordance. Focusing on the late Quaternary, sediment cores from two lakes (Kuhai Lake 35.3°N; 99.2°E; 4150 m asl; and Koucha Lake 34.0°N; 97.2°E; 4540 m asl) on the semi-arid northeastern Tibetan Plateau were analysed to identify post-glacial vegetation and environmental changes, and to investigate the responses of lake ecosystems to such changes. Based on the pollen record, five major vegetation and climate changes could be identified: (1) A shift from alpine desert to alpine steppe indicates a change from cold, dry conditions to warmer and more moist conditions at 14.8 cal. ka BP, (2) alpine steppe with tundra elements points to conditions of higher effective moisture and a stepwise warming climate at 13.6 cal. ka BP, (3) the appearance of high-alpine meadow vegetation indicates a further change towards increased moisture, but with colder temperatures, at 7.0 cal. ka BP, (4) the reoccurrence of alpine steppe with desert elements suggests a return to a significantly colder and drier phase at 6.3 cal. ka BP, and (5) the establishment of alpine steppe-meadow vegetation indicates a change back to relatively moist conditions at 2.2 cal. ka BP. To place the reconstructed climate inferences from the NE Tibetan Plateau into the context of Holocene moisture evolution across the Tibetan Plateau, I applied a five-scale moisture index and average link clustering to all available continuous pollen and non-pollen palaeoclimate records from the Tibetan Plateau, in an attempt to detect coherent regional and temporal patterns of moisture evolution on the Plateau. However, no common temporal or spatial pattern of moisture evolution during the Holocene could be detected, which can be assigned to the complex responses of different proxies to environmental changes in an already very heterogeneous mountain landscape, where minor differences in elevation can result in marked variations in microenvironments. Focusing on the past 200 years, I analysed the sedimentary records (LC6 Lake 29.5°N, 94.3°E, 4132 m asl; and Wuxu Lake 29.9°N, 101.1°E, 3705 m asl) from the southeastern Tibetan Plateau. I found that despite presumed significant temperature increases over that period, pollen and diatom records from the SE Tibetan Plateau reveal only very subtle changes throughout their profiles. The compositional species turnover investigated over the last 200 years appears relatively low in comparison to the species reorganisations during the Holocene. The results indicate that climatically induced ecological thresholds are not yet crossed, but that human activity has an increasing influence, particularly on the terrestrial ecosystem. Forest clearances and reforestation have not caused forest decline in our study area, but a conversion of natural forests to semi-natural secondary forests. The results from the numerical proxy comparison of the two sets of two pairs of Tibetan lakes indicate that the use of different proxies and the work with palaeo-ecological records from different lake types can cause deviant stories of inferred change. Irrespective of the timescale (Holocene or last 200 years) or region (SE or NE Tibetan Plateau) analysed, the agreement in terms of the direction, timing, and magnitude of change between the corresponding terrestrial data sets is generally better than the match between the corresponding lacustrine data sets, suggesting that lacustrine proxies may partly be influenced by in-lake or local catchment processes whereas the terrestrial proxy reflects a more regional climatic signal. The current disaccord on coherent temporal and spatial climate patterns on the Tibetan Plateau can partly be ascribed to the complexity of proxy response and lake systems on the Tibetan Plateau. Therefore, a multi-proxy, multi-site approach is important in order to gain a reliable climate interpretation for the complex mountain landscape of the Tibetan Plateau. / Die räumlichen und zeitlichen Temperatur- und Feuchtigkeitsmuster auf dem Tibet-Plateau sind sehr komplex. Im Einzugsbereich der asiatischen Monsune sind insbesondere der Beginn und das Ausmaß des Klimaoptimums während des Holozäns von wissenschaftlichem Interesse, da diese Periode oft als Analogie für die derzeitige globale Klimaerwärmung herangezogen wird. In Hinblick auf sich teilweise widersprechende Paläoklima- und Umweltrekonstruktionen für das Tibet-Plateau, ist es mein Ziel, die bestehenden Unstimmigkeiten bezüglich des Zeitpunktes und des Ausmaßes des Umweltwandels zu erklären. Dafür wurden von mir zeitliche Variationen fossiler Pollen- und Diatomeenspektren und geochemische Untersuchungen an Seesedimenten unterschiedlicher Zeitskalen (Spätquartär und die letzten 200 Jahre) aus zwei Kernregionen auf dem NO und SO Tibet-Plateau analysiert. Zur Unterstützung der Interpretation wurden die hier erhobenen Daten mit bereits vorhandenen paläoökologischen Aufzeichnungen der Lokalitäten kombiniert, um Datensätze der entsprechenden aquatischen und terrestrischen Proxy-Daten (Stellvertreterdaten) zweier Seenpaare aus den beiden Regionen gegenüberstellen zu können. Hierbei konzentrierte ich mich auf den direkten Vergleich von Proxies, die die Seenentwicklung reflektieren (z.B. Diatomeen, Ostracoden, geochemische Eigenschaften), mit Proxies, die Veränderungen der terrestrischen Umgebung des Sees beschreiben (terrestrische Pollen). Durch diesen Vergleich lässt sich beurteilen, ob Veränderungen im See selbst mit Umweltveränderungen in dem jeweiligen Einzugsgebiet zeitlich übereinstimmen. Dafür habe ich die bereits etablierte numerische Methode Procrustes-Rotation als neuen Ansatz in der Paläoökologie eingeführt. Damit ist ein quantitativer Vergleich von Rohdaten zweier beliebiger sedimentärer Datensätze möglich, um den Grad der Übereinstimmung zu prüfen. Um die in dieser Arbeit rekonstruierten Umwelt- und Klimaereignisse des nordöstlichen Tibet-Plateaus in einen größeren Zusammenhang hinsichtlich holozäner Klimaentwicklung des gesamten Plateaus setzen zu können, und um schlüssige zeitliche und räumliche Klimatrends auf dem Plateau erkennen zu können, habe ich auf alle vorhandenen Paläoklimadatensätze einen Fünf-Skalen Feuchtigkeitsindex und eine Clusteranalyse angewandt. Es konnten jedoch keine einheitlichen zeitlichen und räumlichen Trends der holozänen Klimaentwicklung nachgewiesen werden, was meiner Analyse entsprechend, auf die komplexen Reaktionen verschiedener Proxies auf Umweltveränderungen in einer ohnehin sehr heterogen Berglandschaft, zurückgeführt werden kann. Die Ergebnisse des numerischen Proxy-Vergleichs beider Seenpaare zeigen, dass die Verwendung von verschiedenen Proxies und die Arbeit mit paläo-ökologischen Datensätzen unterschiedlicher See-Typen zu abweichenden Klimaableitungen führen können. Unabhängig vom untersuchten Zeitraum (Holozän oder die letzten 200 Jahren) oder der Region (SO oder NO Tibet-Plateau), ist die Übereinstimmung zweier Datensätze hinsichtlich der Richtung, des Zeitpunktes und des Ausmaßes der abgeleiteten Paläo-Umweltverhältnisse in der Regel zwischen den entsprechenden terrestrischen Datensätzen besser als zwischen den entsprechenden lakustrinen Datensätzen. Die derzeitige Uneinigkeit über stimmige zeitliche und räumliche Klimatrends auf dem Tibet-Plateau kann daher teilweise der Komplexität der verschieden Proxies und ihrer individuellen Empfindlichkeiten gegenüber Umweltveränderungen sowie der unterschiedlichen Reaktionsweise verschiedenartiger See-Systeme auf dem Plateau zugeschrieben werden. Meine Ergebnisse zeigen, dass ein „Multi-Proxy-Multi-Site-Ansatz“ für zuverlässige Paläoklimaableitungen für das Tibet-Plateau von zentraler Bedeutung ist.

The past climate in central Asia, and especially on the Tibetan Plateau (TP), is of great importance for an understanding of global climate processes and for predicting the future climate. As a major influence on the climate in this region, the Asian Summer Monsoon (ASM) and its evolutionary history are of vital importance for accurate predictions. However, neither the evolutionary pattern of the summer monsoon nor the driving mechanisms behind it are yet clearly understood. For this research, I first synthesized previously published Late Glacial to Holocene climatic records from monsoonal central Asia in order to extract the general climate signals and the associated summer monsoon intensities. New climate and vegetation sequences were then established using improved quantitative methods, focusing on fossil pollen records recovered from Tibetan lakes and also incorporating new modern datasets. The pollen-vegetation and vegetation-climate relationships on the TP were also evaluated in order to achieve a better understanding of fossil pollen records. The synthesis of previously published moisture-related palaeoclimate records in monsoonal central Asia revealed generally different temporal patterns for the two monsoonal subsystems, i.e. the Indian Summer Monsoon (ISM) and East Asian Summer Monsoon (EASM). The ISM appears to have experienced maximum wet conditions during the early Holocene, while many records from the area affected by the EASM indicate relatively dry conditions at that time, particularly in north-central China where the maximum moisture levels occurred during the middle Holocene. A detailed consideration of possible driving factors affecting the summer monsoon, including summer solar insolation and sea surface temperatures, revealed that the ISM was primarily driven by variations in northern hemisphere solar insolation, and that the EASM may have been constrained by the ISM resulting in asynchronous patterns of evolution for these two subsystems. This hypothesis is further supported by modern monsoon indices estimated using the NCEP/NCAR Reanalysis data from the last 50 years, which indicate a significant negative correlation between the two summer monsoon subsystems. By analogy with the early Holocene, intensification of the ISM during coming decades could lead to increased aridification elsewhere as a result of the asynchronous nature of the monsoon subsystems, as can already be observed in the meteorological data from the last 15 years. A quantitative climate reconstruction using fossil pollen records was achieved through analysis of sediment core recovered from Lake Donggi Cona (in the north-eastern part of the TP) which has been dated back to the Last Glacial Maximum (LGM). A new data-set of modern pollen collected from large lakes in arid to semi-arid regions of central Asia is also presented herein. The concept of "pollen source area" was introduced to modern climate calibration based on pollen from large lakes, and was applied to the fossil pollen sequence from Lake Donggi Cona. Extremely dry conditions were found to have dominated the LGM, and a subsequent gradually increasing trend in moisture during the Late Glacial period was terminated by an abrupt reversion to a dry phase that lasted for about 1000 years and coincided with the first Heinrich Event of the northern Atlantic region. Subsequent periods corresponding to the warm Bølling-Allerød period and the Younger Dryas cold event were followed by moist conditions during the early Holocene, with annual precipitation of up to about 400 mm. A slightly drier trend after 9 cal ka BP was then followed by a second wet phase during the middle Holocene that lasted until 4.5 cal ka BP. Relatively steady conditions with only slight fluctuations then dominated the late Holocene, resulting in the present climatic conditions. In order to investigate the relationship between vegetation and climate, temporal variations in the possible driving factors for vegetation change on the northern TP were examined using a high resolution late Holocene pollen record from Lake Kusai. Moving-window Redundancy Analyses (RDAs) were used to evaluate the correlations between pollen assemblages and individual sedimentary proxies. These analyses have revealed frequent fluctuations in the relative abundances of alpine steppe and alpine desert components, and in particular a decrease in the total vegetation cover at around 1500 cal a BP. The climate was found to have had an important influence on vegetation changes when conditions were relatively wet and stable. However, after the 1500 cal a BP threshold in vegetation cover was crossed the vegetation appears to have been affected more by extreme events such as dust storms or fluvial erosion than by the general climatic trends. In addition, pollen spectra over the last 600 years have been revealed by Procrustes analysis to be significantly different from those recovered from older samples, which is attributed to an increased human impact that resulted in unprecedented changes to the composition of the vegetation. Theoretical models that have been developed and widely applied to the European area (i.e. the Extended R-Value (ERV) model and the Regional Estimates of Vegetation Abundance from Large Sites (REVEALS) model) have been applied to the high alpine TP ecosystems in order to investigate the pollen-vegetation relationships, as well as for quantitative reconstructions of vegetation abundance. The modern pollen–vegetation relationships for four common pollen species on the TP have been investigated using Poaceae as the reference taxa. The ERV Submodel 2 yielded relatively high PPEs for the steppe and desert taxa (Artemisia Chenopodiaceae), and low PPEs for the Cyperaceae that are characteristic of the alpine Kobresia meadows. The plant abundances on the central and north-eastern TP were quantified by applying these PPEs to four post-Late Glacial fossil pollen sequences. The reconstructed vegetation assemblages for the four pollen sequences always yielded smaller compositional species turnovers than suggested by the pollen spectra, indicating that the strength of the previously-reported vegetation changes may therefore have been overestimated. In summary, the key findings of this thesis are that (a) the two ASM subsystems show asynchronous patterns during both the Holocene and modern time periods, (b) fossil pollen records from large lakes reflect regional signals for which the pollen source areas need to be taken into account, (c) climate is not always the main driver for vegetation change, and (d) previously reported vegetation changes on the TP may have been overestimated because they ignored inter-species variations in pollen productivity. / Das Paläoklima in Zentralasien, besonders in der Hochebene von Tibet (HT), ist von großer Bedeutung um globale Klimaprozesse zu verstehen und mögliche Voraussagung für die zukunft zu treffen. Als wichtigstes Klimaphänomen nehmen der asiatische Sommermonsun (ASM) und seine Entwicklungsgeschichte eine Schlüsselposition ein. Dennoch sind derzeit weder das Entwicklungsschema noch der antreibende Vorgang ausreichend verstanden. Dies gilt insbesondere für das Holozän, für welches große Kimaschwankungen und regionale Diskrepanzen weithin belegt sind. Deshalb habe ich zuerst holozäne Klimadaten zusammengefasst. Bereits veröffentlichte Publikationen aus den Monsungebieten Zentralasiens dienten als Grundlage, um die wichtigsten Klimasignale und die zugehörigen Intensitäten des Sommermonsuns heraus zu arbeiten. Anhand von Pollensequenzen aus tibetischen Seen erzeugte ich neue Klima- und Vegetationssequenzen, welche auf verbesserten quantitativen Methoden und rezenten Datensätzen beruhen. Außerdem wurden die Verhältnisse Pollen-Vegetation und Vegetation-Klima bewertet, um Schlussfolgerungen fossiler Pollensequenzen zu verbessern. Die Zusammenfassung der zuvor veröffentlichten, niederschlagsbezogenen Paläoklimadaten im Monsungebiet Zentralasiens ergab generell unterschiedliche Muster für die zwei Teilsysteme des ASMs, den Indischen Sommermonsun (ISM) und den Ostasiatischen Sommermonsun (OASM). Der ISM weist maximale feuchte Bedingungen während des frühen Holozöns auf, während viele Datensätze aus dem Gebiet des OASMs einen relativ trockenen Zustand anzeigen, besonders im nördlichen Zentralchina, wo maximale Niederschläge während des mittleren Holozäns registriert wurden. Genaue Betrachtungen der Antriebsfaktoren des Sommermonsuns ergaben, dass der ISM hauptsächlich durch Veränderungen der Sonneneinstrahlung auf der Nordhemisphäre angetrieben wird, während der OASM potentiell durch den ISM beherrscht wird - dies führt zu asynchronen Entwicklungen. Diese Hypothese wird durch rezente Monsunindizes gestützt. Sie weisen eine signifikant negative Korrelation zwischen den beiden Sommermonsun-Teilsystemen auf. Für die quantitative Klimarekonstruktion von Pollensequenzen wurde ein Sedimentkern aus dem See Donggi Cona im Nordosten der HT analysiert, der bis zum letzten glazialen Maximum (LGM) zurückdatiert wurde. Aufgrund der Tatsache, dass Donggi Cona ein relativ großer See ist, wird hiermit ein neuer Pollen-Klima-Kalibrierungsdatensatz auf Grundlage großer Seen in ariden und semiariden Regionen Zentralasiens vorgelegt. Das Konzept des Pollenherkunftsgebietes wurde in diese rezente, pollenbasierte Klimakalibrierung eingebracht und auf die Pollensequenz von Donggi Cona angewendet. Die Auswertung ergab, dass extrem trockene Bedingungen während des LGM (ca. 100 mm/yr) vorherrschten. Ein ansteigender Trend von Niederschlägen während des späten Glazials wurde durch einen abrupten Rückgang zu einer etwa 1000-jährigen Trockenphase beendet, welche mit Heinrich-Ereignis 1 in der Nordatlantik-Region übereinstimmt. Danach entsprechen die Klimaperioden dem warmen Bølling/Allerød und dem Kälteereignis der Jüngeren Dryas. Anschließend herrschten feuchte Bedingungen im frühen Holozän (bis zu 400 mm/yr). Ein etwas trockenerer Trend nach dem Holozänen Klimaoptimum wurde dann von einer zweiten Feuchtphase abgelöst, welche bis 4,5 cal. ka vor heute andauerte. Relativ gleichmäßige Bedingungen dominierten das späte Holozän bis heute. Die Klimadynamik seit dem LGM wurde vor allem durch Entgletscherung und Intensitätsschwankungen des ASM bestimmt. Bei der Betrachtung des Vegetation-Klima-Verhältnisses habe ich die zeitlichen Variationen der bestimmenden Faktoren hinsichtlich der Vegetationsdynamik auf der nördlichen HT untersucht. Dabei wurden hochauflösende holozäne Pollendaten des Kusai-Sees verwendet. Eine Redundanzanalyse (RDA) wurde angewendet um die Korrelation zwischen Pollenvergesellschaftungen und individuellen sedimentären Klimaanzeigern als auch die damit verbundene Signifikanz zu bewerten. Es stellte sich heraus, dass das Klima einen wichtigen Einfluss auf den Veränderungen in der Vegetation besaß, wenn die Bedingungen relativ warm und feucht waren. Trotzdem scheint es, dass, dass die Vegetation bei zu geringer Bedeckung stärker durch Extremereignisse wie Staubstürme oder fluviale Erosion beeinflusst wurde. Pollenspektren der vergangen 600 Jahre erwiesen sich als signifikant unterschiedlich verglichen mit den älterer Proben, was auf verstärkten anthropogenen Einfluss hindeutet. Dieser resultierte in einem beispiellosen Wandel in der Zusammensetzung der Vegetation. In Hinsicht auf das Pollen-Vegetation-Verhältnis und der quantitativen Rekonstruktion der Vegetationshäufigkeit habe ich theoretische Modelle, welche für europäische Regionen entwickelt und weithin angewendet wurden, respektive die Modelle "Extended R-Value" (ERV) sowie "Regional Estimates of Vegetation Abundance from Large Sites" (REVEALS), auf die hochalpinen Ökosysteme der HT überführt. Dafür wurden rezente Pollen-Vegetations-Verhältnisse von vier weit verbreiteten Pollen-Arten der HT überprüft. Poaceae wurden als Referenztaxa verwendet. Bei der Anwendung dieser Verhältnisse auf vier Pollensequenzen, welche die Paläoumweltbedingungen seit dem letzten Glazial widerspiegeln, wurden die Häufigkeiten von Pflanzen auf der zentralen und nordöstlichen HT quantifiziert. Anteile von Artimisia und Chenopodiaceae waren dabei im Vergleich zu ihren ursprünglichen Pollenprozenten deutlich verringert. Cyperaceae hingegen wies eine relative Zunahme in dieser Vegetationsrekonstruktion auf. Die rekonstruierten Vegetationsvergesellschaftungen an den Standorten der vier Pollensequenzen ergaben stets geringere Umwälzungen in der Artenzusammensetzung, als durch die Pollenspektren zu vermuten gewesen wäre. Dies kann ein Hinweis darauf sein, dass die Intensität der bislang angenommenen Vegetationsveränderungen überschätzt worden ist. Zusammengefasst sind die Hauptresultate dieser Dissertation, dass (a) die zwei ASM Teilsysteme asynchrone Muster während des Holozäns und heute aufweisen, dass (b) fossile Pollensequenzen großer Seen regionale Klimasignale widerspiegeln sofern die Herkunftsgebiete der Pollen berücksichtigt werden, dass (c) Klima nicht immer der Haupteinflussfaktor für Vegetationswandel ist und dass (d) das Ausmaß von Vegetationsveränderungen in zuvor veröffentlichten Studien auf der Hochebene von Tibet überschätzt worden sein kann, weil Diskrepanzen der Pollenproduktivität zwischen den Arten nicht einbezogen wurden.

Thai Binh is a coastal province of Red River Delta in Vietnam, having administrative boundaries at the river systems and coastlines that cause groundwater quality varies complicatedly. Today in Thai Binh province, the groundwater in Holocene and Pleistocene aquifers is exploited for domestic use. But, beside the quality of groundwater in this region is not uniform, it is interspersed between salt water and fresh water zones in Holocene and Pleistocene aquifers. Nowaday, under the force of groundwater exploitation activity for domestic purposes, agricultural activities, the impact of climate change and sea level rise issues, the quality of distribution of groundwater here change. According to the recent research results, groundwater quality and distribution of salt water - fresh water there have many changes compared with the research results of the Northern Division for Water resources Planning and Investigation in the year 1996. For the the Holocene aquifer (qh), distribution area of salt water zone has been narrowed. Besides, saline cleaning process occurred in some coastal areas in Tien Hai, Thai Thuy and a part of Quynh Phu district. For the Pleistocene aquifer (qp), compared with research result in 1996, the boundaries between saline and fresh water at the present time is not change so much. By assessing the status of the distribution of saline and fresh water zones in groundwater in Thai Binh and the movement of this boundary, author’s research results will be the basis that helps the managers give out reasonable exploiting and sustainable using methods for these natural resources. / Thái Bình là một tỉnh ven biển thuộc vùng châu thổ sông Hồng của Việt Nam, được bao bọc bởi hệ thống sông biển khép kín làm cho chất lượng nước ngầm biến đổi rất phức tạp. Hiện nay, tại Thái Bình có 2 tầng chứa nước chính phục vụ ăn uống sinh hoạt là tầng chứa nước Holocen và tầng chứa nước Pleistocen. Tuy nhiên, chất lượng nước ngầm ở các tầng chứa nước này không đồng đều, có sự phân bố xen kẽ giữa các khoảnh nước mặn và nước nhạt. Hiện nay, dưới tác động của hoạt động dân sinh, sản xuất nông nghiệp, khai thác nước phục vụ sinh hoạt cùng ảnh hưởng của biến đổi khí hậu và sự dâng cao của mực nước biển đã làm thay đổi chất lượng và quy mô phân bố nước ngầm khu vực. Theo những kết quả nghiên cứu mới nhất của tác giả cho thấy diện tích phân bố của các vùng nước mặn - nước nhạt của các tầng chứa nước trên địa bàn tỉnh đã có nhiều thay đổi so với kết quả nghiên cứu trước đây của Liên đoàn Địa chất thủy văn – Địa chất công trình miền Bắc năm 1996. Với tầng chứa nước Holocen, diện tích phân bố các khoảnh nước mặn bị co hẹp và đang có sự nhạt hóa tại một số khu vực ven biển thuộc Huyện Tiền Hải, Thái Thụy và một phần thuộc huyện Quỳnh Phụ. Trong tầng chứa nước Pleistocen (qp), so với kết quả nghiên cứu năm 1996, ranh giới mặn – nhạt tại thời điểm hiện tại đã có sự thay đổi nhưng không lớn. Kết quả nghiên cứu này là cơ sở giúp các nhà quản lý đề xuất giải pháp, phân vùng khai thác và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên này đặc biệt trước tình trạng khan hiếm nước như hiện nay trên địa bàn tỉnh Thái Bình.

Recent years witnessed a vast advent of stalagmites as palaeoclimate archives. The multitude of geochemical and physical proxies and a promise of a precise and accurate age model greatly appeal to palaeoclimatologists. Although substantial progress was made in speleothem-based palaeoclimate research and despite high-resolution records from low-latitudinal regions, proving that palaeo-environmental changes can be archived on sub-annual to millennial time scales our comprehension of climate dynamics is still fragmentary. This is in particular true for the summer monsoon system on the Indian subcontinent. The Indian summer monsoon (ISM) is an integral part of the intertropical convergence zone (ITCZ). As this rainfall belt migrates northward during boreal summer, it brings monsoonal rainfall. ISM strength depends however on a variety of factors, including snow cover in Central Asia and oceanic conditions in the Indic and Pacific. Presently, many of the factors influencing the ISM are known, though their exact forcing mechanism and mutual relations remain ambiguous. Attempts to make an accurate prediction of rainfall intensity and frequency and drought recurrence, which is extremely important for South Asian countries, resemble a puzzle game; all interaction need to fall into the right place to obtain a complete picture. My thesis aims to create a faithful picture of climate change in India, covering the last 11,000 ka. NE India represents a key region for the Bay of Bengal (BoB) branch of the ISM, as it is here where the monsoon splits into a northwestward and a northeastward directed arm. The Meghalaya Plateau is the first barrier for northward moving air masses and receives excessive summer rainfall, while the winter season is very dry. The proximity of Meghalaya to the Tibetan Plateau on the one hand and the BoB on the other hand make the study area a key location for investigating the interaction between different forcings that governs the ISM. A basis for the interpretation of palaeoclimate records, and a first important outcome of my thesis is a conceptual model which explains the observed pattern of seasonal changes in stable isotopes (d18O and d2H) in rainfall. I show that although in tropical and subtropical regions the amount effect is commonly called to explain strongly depleted isotope values during enhanced rainfall, alone it cannot account for observed rainwater isotope variability in Meghalaya. Monitoring of rainwater isotopes shows no expected negative correlation between precipitation amount and d18O of rainfall. In turn I find evidence that the runoff from high elevations carries an inherited isotopic signature into the BoB, where during the ISM season the freshwater builds a strongly depleted plume on top of the marine water. The vapor originating from this plume is likely to memorize' and transmit further very negative d18O values. The lack of data does not allow for quantication of this plume effect' on isotopes in rainfall over Meghalaya but I suggest that it varies on seasonal to millennial timescales, depending on the runoff amount and source characteristics. The focal point of my thesis is the extraction of climatic signals archived in stalagmites from NE India. High uranium concentration in the stalagmites ensured excellent age control required for successful high-resolution climate reconstructions. Stable isotope (d18O and d13C) and grey-scale data allow unprecedented insights into millennial to seasonal dynamics of the summer and winter monsoon in NE India. ISM strength (i. e. rainfall amount) is recorded in changes in d18Ostalagmites. The d13C signal, reflecting drip rate changes, renders a powerful proxy for dry season conditions, and shows similarities to temperature-related changes on the Tibetan Plateau. A sub-annual grey-scale profile supports a concept of lower drip rate and slower stalagmite growth during dry conditions. During the Holocene, ISM followed a millennial-scale decrease of insolation, with decadal to centennial failures resulting from atmospheric changes. The period of maximum rainfall and enhanced seasonality corresponds to the Holocene Thermal Optimum observed in Europe. After a phase of rather stable conditions, 4.5 kyr ago, the strengthening ENSO system dominated the ISM. Strong El Nino events weakened the ISM, especially when in concert with positive Indian Ocean dipole events. The strongest droughts of the last 11 kyr are recorded during the past 2 kyr. Using the advantage of a well-dated stalagmite record at hand I tested the application of laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry (LA-ICP-MS) to detect sub-annual to sub-decadal changes in element concentrations in stalagmites. The development of a large ablation cell allows for ablating sample slabs of up to 22 cm total length. Each analyzed element is a potential proxy for different climatic parameters. Combining my previous results with the LAICP- MS-generated data shows that element concentration depends not only on rainfall amount and associated leaching from the soil. Additional factors, like biological activity and hydrogeochemical conditions in the soil and vadose zone can eventually affect the element content in drip water and in stalagmites. I present a theoretical conceptual model for my study site to explain how climatic signals can be transmitted and archived in stalagmite carbonate. Further, I establish a first 1500 year long element record, reconstructing rainfall variability. Additionally, I hypothesize that volcanic eruptions, producing large amounts of sulfuric acid, can influence soil acidity and hence element mobilization. / Stalagmiten erfuhren in den letzten Jahren vermehrt Aufmerksamkeit als bedeutende Paläoklima- Archive. Paläoklimatologen sind beeindruckt von der grossen Zahl geochemischer und physikalischer Indikatoren (Proxies) und der Möglichkeit, präzise absolute Altersmodelle zu erstellen. Doch obwohl substantielle Fortschritte in der speleothem-basierten Klimaforschung gemacht wurden, und trotz hochaufgelöster Archive aus niederen Breiten, welche zeigen, das Umweltveränderungen auf Zeitskalen von Jahren bis Jahrtausenden archiviert und rekonstruiert werden können, bleibt unser Verständnis der Klimadynamik fragmentarisch. Ganz besonders gilt dies für den Indischen Sommermonsun (ISM) auf dem Indischen Subkontinent. Der ISM ist heute als ein integraler Bestandteil der intertropischen Konvergenzzone verstanden. Sobald dieser Regengürtel während des borealen Sommer nordwärts migriert kann der ISM seine feuchten Luftmassen auf dem Asiatischen Festland entladen. Dabei hängt die Stärke des ISM von einer Vielzahl von Faktoren ab. Zu diesen gehören die Schneedicke in Zentralasien im vorhergehenden Winter und ozeanische Bedingungen im Indischen und Pazifschen Ozean. Heute sind viele dieser Faktoren bekannt. Trotzdem bleiben deren Mechanismen und internen Verbindungen weiterhin mysteriös. Versuche, korrekte Vorhersagen zu Niederschlagsintensität und Häufigkeit oder zu Dürreereignissen zu erstellen ähneln einem Puzzle. All die verschiedenen Interaktionen müssen an die richtige Stelle gelegt werden, um ein sinnvolles Bild entstehen zu lassen. Meine Dissertation versucht, ein vertrauenswürdiges Bild des sich wandelnden Holozänen Klimas in Indien zu erstellen. NE Indien ist eine Schlüsselregion für den östlichen Arm des ISM, da sich hier der ISM in zwei Arme aufteilt, einen nordwestwärts und einen nordostwärts gerichteten. Das Meghalaya Plateau ist das erste Hindernis für die sich nordwärts bewegenden Luftmassen und erhält entsprechend exzessive Niederschläge während des Sommers. Die winterliche Jahreszeit dagegen ist sehr trocken. Die Nähe zum Tibetplateau einerseits und der Bucht von Bengalen andererseits determinieren die Schlüsselposition dieser Region für das Studium der Interaktionen der den ISM beeinflussenden Kräfte. Ein Fundament für die Interpretation der Paläoklimarecords und ein erstes wichtiges Ergebnis meiner Arbeit ist ein konzeptuelles Modell, welches die beobachteten saisonalen Veränderungen stabiler Isotope (d18O und d2H) im Niederschlag erklärt. Ich zeige, das obwohl in tropischen und subtropischen Regionen meist der amount effect zur Erklärung stark negativer Isotopenwerte während starker Niederschläge herangezogen wird, dieser allein nicht ausreicht, um die Isotopenvariabilität im Niederschlag Meghalaya's zu erklären. Die Langzeitbeobachtung der Regenwasserisotopie zeigt keine negative Korrelation zwischen Niederschlagsmenge und d18O. Es finden sich Hinweise, das der Abfluss aus den Hochgebirgsregionen Tibets und des Himalaya eine Isotopensignatur an das Oberflächenwasser der Bucht von Bengalen vererbt. Dort bildet sich aus isotopisch stark abgereicherten Wässern während des ISM eine Süsswasserlinse aus. Es ist wahrscheinlich, das Wasserdampf, der aus dieser Linse stammt, ein Isotopensignal aufgeprägt bekommt, welches abgereichertes d18O weitertransportiert. Der Mangel an Daten lässt es bisher leider nicht zu, quantitative Aussagen über den Einfluss dieses plume effect' auf Niederschläge in Meghalaya zu treffen. Es lässt sich allerdings vermuten, das dieser Einfluss auf saisonalen wie auch auf langen Zeitskalen variabel ist, abhängig vom Abfluss und der Quellencharacteristik. Der Fokus meiner Arbeit liegt in der Herauslösung klimatischer Signale aus nordostindischen Stalagmiten. Hohe Urankonzentrationen in diesen Stalagmiten erlaubt eine exzellente Alterskontrolle, die für hochauflösende Klimarekonstruktionen unerlässlich ist. Die stabilen Isotope (d18O und d13C), sowie Grauwertdaten, erlauben einmalige Einblicke in die Dynamik des Sommer und auch des Wintermonsun in NE Indien. Die ISM Stärke (d. h. Niederschlagsmenge) wird in Veränderungen in den d18Ostalagmites reflektiert. Das d13C Signal, welches Tropfratenänderungen speichert, dient als potenter Indikator für winterliche Trockenheitsbedingungen. Es zeigt Ähnlichkeit zu temperaturabhängigen Veränderungen auf dem Tibetplateau. Das sub-annuell aufgelöste Grauwertprofil stärkt das Konzept, das verminderte Tropfraten und langsameres Stalagmitenwachstum eine Folge von Trockenheit sind. Während des Holozäns folgte der ISM der jahrtausendelangen Verringerung der Insolation. Es finden sich aber ebenso rapide Anomalien, die aus atmosphärischen Veränderungen resultieren. Die Phase des höchsten Niederschlages und erhöhter Saisonalität korrespondiert mit dem Holozänen Thermalen Maximum. Nach einer Phase einigermassen stabilen Bedingungen begann vor ca. 4500 Jahren ENSO einen zunehmenden Einfluss auf den ISM auszuüben. Starke El Nino Ereignisse schwächen den ISM, besonders wenn diese zeitgleich mit positiven Indian Ocean Dipole Ereignissen auftreten. Die stärksten Dürren des gesamten Holozäns traten in den letzten 2000 Jahren auf. Um zusätzliche Informationen aus den hervorragenden Proben zu gewinnen nutzte ich die Vorteile der laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS). Diese erlaubt die Detektion sub-annueller bis sub-dekadischer Elementkonzentrationsveränderungen in Stalagmiten. Mittels einer neu entwickelten Ablationszelle konnten Proben von maximal 22 cm Länge untersucht werden. Jedes analysierte Element ist ein potentieller Träger einer Klimainformation. Die Kombination der früheren Ergebnisse mit denen der LA-IPC-MS zeigt, das die Elementkonzentrationen nicht nur von Niederschlagsveränderungen und assoziiertem Auswaschen aus dem Boden abhängen. Zusätzlich können auch die biologische Aktivität und hydrogeochemische Bedingungen in der vadosen Zone Einfluss auf die Elementzusammensetzung im Tropfwasser und in den Stalagmiten haben. Darum entwickelte ich ein theoretisches Modell für meinen Standort, um zu klären, wie Klimasignale von der Atmosphäre in die Höhle transportiert werden können. Ein anschliessend rekonstruierter 1500 Jahre langer Proxyrecord zeigt Niederschlagsvariabilität an. Zudem besteht die Möglichkeit, das Vulkaneruptionen, welche grosse Mengen an Schwefelsäure produzieren, eine Bodenversauerung verursachen und damit die Elementmobilisierung verstärken können.

The intracontinental endorheic Aral Sea, remote from oceanic influences, represents an excellent sedimentary archive in Central Asia that can be used for high-resolution palaeoclimate studies. We performed palynological, microfacies and geochemical analyses on sediment cores retrieved from Chernyshov Bay, in the NW part of the modern Large Aral Sea. The most complete sedimentary sequence, whose total length is 11 m, covers approximately the past 2000 years of the late Holocene. High-resolution palynological analyses, conducted on both dinoflagellate cysts assemblages and pollen grains, evidenced prominent environmental change in the Aral Sea and in the catchment area. The diversity and the distribution of dinoflagellate cysts within the assemblages characterized the sequence of salinity and lake-level changes during the past 2000 years. Due to the strong dependence of the Aral Sea hydrology to inputs from its tributaries, the lake levels are ultimately linked to fluctuations in meltwater discharges during spring. As the amplitude of glacial meltwater inputs is largely controlled by temperature variations in the Tien Shan and Pamir Mountains during the melting season, salinity and lake-level changes of the Aral Sea reflect temperature fluctuations in the high catchment area during the past 2000 years. Dinoflagellate cyst assemblages document lake lowstands and hypersaline conditions during ca. 0–425 AD, 920–1230 AD, 1500 AD, 1600–1650 AD, 1800 AD and since the 1960s, whereas oligosaline conditions and higher lake levels prevailed during the intervening periods. Besides, reworked dinoflagellate cysts from Palaeogene and Neogene deposits happened to be a valuable proxy for extreme sheet-wash events, when precipitation is enhanced over the Aral Sea Basin as during 1230–1450 AD. We propose that the recorded environmental changes are related primarily to climate, but may have been possibly amplified during extreme conditions by human-controlled irrigation activities or military conflicts. Additionally, salinity levels and variations in solar activity show striking similarities over the past millennium, as during 1000–1300 AD, 1450–1550 and 1600–1700 AD when low lake levels match well with an increase in solar activity thus suggesting that an increase in the net radiative forcing reinforced past Aral Sea’s regressions. On the other hand, we used pollen analyses to quantify changes in moisture conditions in the Aral Sea Basin. High-resolution reconstruction of precipitation (mean annual) and temperature (mean annual, coldest versus warmest month) parameters are performed using the “probability mutual climatic spheres” method, providing the sequence of climate change for the past 2000 years in western Central Asia. Cold and arid conditions prevailed during ca. 0–400 AD, 900–1150 AD and 1500–1650 AD with the extension of xeric vegetation dominated by steppe elements. Conversely, warmer and less arid conditions occurred during ca. 400–900 AD and 1150–1450 AD, where steppe vegetation was enriched in plants requiring moister conditions. Change in the precipitation pattern over the Aral Sea Basin is shown to be predominantly controlled by the Eastern Mediterranean (EM) cyclonic system, which provides humidity to the Middle East and western Central Asia during winter and early spring. As the EM is significantly regulated by pressure modulations of the North Atlantic Oscillation (NAO) when the system is in a negative phase, a relationship between humidity over western Central Asia and the NAO is proposed. Besides, laminated sediments record shifts in sedimentary processes during the late Holocene that reflect pronounced changes in taphonomic dynamics. In Central Asia, the frequency of dust storms occurring during spring when the continent is heating up is mostly controlled by the intensity and the position of the Siberian High (SH) Pressure System. Using titanium (Ti) content in laminated sediments as a proxy for aeolian detrital inputs, changes in wind dynamics over Central Asia is documented for the past 1500 years, offering the longest reconstruction of SH variability to date. Based on high Ti content, stronger wind dynamics are reported from 450–700 AD, 1210–1265 AD, 1350–1750 AD and 1800–1975 AD, reporting a stronger SH during spring. In contrast, lower Ti content from 1750–1800 AD and 1980–1985 AD reflect a diminished influence of the SH and a reduced atmospheric circulation. During 1180–1210 AD and 1265–1310 AD, considerably weakened atmospheric circulation is evidenced. As a whole, though climate dynamics controlled environmental changes and ultimately modulated changes in the western Central Asia’s climate system, it is likely that changes in solar activity also had an impact by influencing to some extent the Aral Sea’s hydrology balance and also regional temperature patterns in the past. <hr> The appendix of the thesis is provided via the HTML document as ZIP download. / Der Aralsee ist ein intrakontinental gelegenes endorheisches Gewässer fernab von ozeanischen Einflüssen, welches ein exzellentes sedimentäres Archiv für hochauflösende Paläoklimastudien in Zentralasien darstellt. In der vorliegenden Studie wurden umfangreiche palynologische, mikrofazielle und geochemische Analysen anhand von mehreren Bohrkernen aus der Chernyshov-Bucht im NW des heutigen Großen Aralsees durchgeführt. Die vollständigste der erbohrten Sequenzen weist dabei eine Länge von 11 m auf und beinhaltet näherungsweise die letzten 2000 Jahre des Holozän. Die hochauflösenden palynologischen Analysen der Studie, welche sowohl die Untersuchung von Dinoflagellatenzysten als auch Pollen beinhaltet, zeugen von einschneidenden Umweltveränderungen im Aralsee und seinem Einzugsgebiet. Die Untersuchung von Diversität und räumlicher Verbreitung der fossilen Dinoflagellatenzysten vermittelt dabei ein genaues Bild von den Salinitäts- und Seespiegeländerungen der letzten 2000 Jahre. Aufgrund der weitgehenden Abhängigkeit der hydrologischen Verhältnisse des Aralsees von der Wasserführung seinen tributären Flüsse, hängt sein Seespiegel unmittelbar von den Schmelzwasserzuflüssen im Frühjahr ab. Da der Schmelzwasserzufluss seinerseits mit den Temperaturveränderungen im Tien Shan und Pamir während der Schneeschmelze in Verbindung steht, spiegeln die Paläo-Salinität und der Paläo-Seespiegel des Aralsees folglich die Temperaturveränderungen im hochgelegenen Einzugsgebiet des Aralsees wider. Die Untersuchung der fossilen Dinoflagellatenzysten belegt besonders niedrige Seestände und hypersaline Bedingungen während der Perioden 0–425 AD, 920–1230 AD, 1500 AD, 1600 AD, 1800 AD und seit 1960, wohingegen oligohaline Bedingungen und höhere Seestände zwischen diesen Phasen dokumentiert sind. Ferner stellen umgelagerte Dinoflagellatenzysten aus Paläogenen und Neogenen Ablagerungen wertvolle Proxies für den Beleg von extremen Flächenspülereignissen dar, wie sie beispielsweise 1230–1450 AD aufgetreten und durch sehr hohe Niederschläge dokumentiert sind. Anhand der in der Studie erarbeiteten Daten ist davon auszugehen, dass die am Aralsee nachgewiesenen Umweltveränderungen im Wesentlichen von klimatischen Änderungen induziert wurden, durch historischen Bewässerungsfeldbau oder militärischen Konflikten jedoch noch verstärkt werden konnten. Darüber hinaus zeigen die Seestandsveränderungen eine sehr hohe Korrelation mit der Sonnenaktivität im letzten Jahrtausend, wie etwa während den Perioden 1000–1300 AD, 1450–1550 und 1600–1700 AD. Komplementär zu der Untersuchung von Dinoflagellatenzysten liefert die Pollenanalyse wertvolle Klimadaten für das Becken des Aralsees. Verschiedene Temperatur- (Jahresmittel, kältester gegen wärmster Monat) und Niederschlagsparameter wurden mit Hilfe der Methode der „probability mutual climatic spheres“ quantitative ausgewertet, womit die Klimaentwicklung im westlichen Zentralasien der letzten 2000 Jahre nachvollzogen werden konnte. Kalte und aride Bedingungen wiesen demnach die durch trockenangepasste Vegetation und Steppenelementen geprägten Perioden 0–400 AD, 900–1150 AD und 1500–1650 AD auf. Andererseits traten warme und weniger aride Klimabedingungen in den durch niederschlagsbedürftigere Pflanzen gekennzeichneten Zeiträumen 400–900 AD and 1150–1450 AD in den Vordergrund. Die Studie zeigt für das Becken des Aralsees, dass die Veränderungen im Niederschlagsmuster hauptsächlich vom zyklonalen System des östlichen Mittelmeergebietes (EM) gesteuert werden, welches den nahen Osten und das westliche Zentralasien mit Feuchtigkeit im Winter und Frühjahr versorgt. Da seinerseits das EM maßgeblich von Luftdruckänderungen der Nordatlantischen Oszillation (NAO) während seiner negativen Phase reguliert wird, ist ein Zusammenhang zwischen der Feuchtigkeit im westlichen Zentralasien und dem NAO anzunehmen. Außerdem belegen die laminierten Sedimente Veränderungen in den Sedimentationsprozessen während des späten Holozän, sowie ausgeprägte Änderungen im taphonomischen Verhalten. In Zentralasien hängt die Häufigkeit der im Frühjahr auftretenden Staubstürme hauptsächlich von der Intensität und der Position des Sibirienhochs (SH) ab. Der Gehalt an Titanium (Ti) als Proxy für äolischen Eintrag in den laminierten Sedimenten erlaubt die Rekonstruktion von winddynamischen Veränderungen in Zentralasien in den letzten 1500 Jahren. Die Studie beinhaltet daher die bislang längste Analyse der Variabilität des SH. Hohe Titaniumwerte sprechen für eine stärkere Winddynamik während den Perioden 450–700 AD, 1210–1265 AD, 1350–1750 AD und 1800–1975 AD, und dokumentieren demzufolge eine stärker ausgeprägtes SH während des Frühjahrs. Umgekehrt belegen geringe Titaniumwerte für die Zeit von 1180–1210 AD, 1265–1310 AD, 1750–1800 AD und 1980–1985 AD einen reduzierten Einfluss des SH.

Rezente Korallenriffe sind einer ganzen Reihe von Bedrohungen ausgesetzt. Das Pleistozän bietet die Gelegenheit Veränderungen an Korallenriffgemeinschaften durch Klimaschwankungen hinweg zu studieren und mit heutigen Riffen zu vergleichen. Am besten sind pleistozäne Riffe in der Karibik untersucht, während aus dem Indo-Pazifik, der über eine deutlich höhere Biodiversität verfügt, bisher nur wenige quantitative Studien vorliegen. Frühere Studien zeigen eine erstaunliche Stabilität und Langlebigkeit der Korallengemeinschaften hinsichtlich Diversität und taxonomischer Zusammensetzung trotz extremer Meeresspiegelschwankungen und starker klimatischer Veränderungen im Quartär. Die vorliegende Arbeit behandelt zwei Regionen, aus der quantitative Daten auf Artniveau über die Zusammensetzung der fossilen Korallengemeinschaften bisher weitestgehend fehlten: das tropische Vanuatu (Südpazifik) und der subtropische Sinai, Ägypten (nördliches Rotes Meer). In Vanuatu sind mindestens 5 fossile Riffterrassen mit einem Alter von etwa 5000 - 400.000 Jahren überliefert, von denen 4 detailliert untersucht werden konnten. Veränderungen in der Diversität wurden sowohl lateral als auch vertikal nur mit unterschiedlichen Riffhabitaten in Verbindung gebracht. Die Riffe waren insgesamt über die Interglaziale bin ins mittlere Holozän hinweg stabil. Nur die Gattung Acropora scheint erst in den letzten 96.000 Jahren häufiger zu werden. In Ägypten wurden Daten aus der jüngsten interglazialen Terrasse (MIS 5e, ~125.000 Jahre) mit rezenten Daten aus dem Roten Meer verglichen und eine Migration von Arten nach Norden während des letzten Interglazials belegt. Diese Beobachtung unterstützt frühere Arbeiten, die eine Verschiebung der Riffdiversität in höhere Breiten verbunden mit einer Abnahme der Diversität in niederen Breiten aufzeigten, sowie Studien, die das nördliche Rote Meer als mögliches Refugium für Korallen im Zuge der weiteren Klimaerwärmung sehen. / The Pleistocene provides the opportunity to study changes of coral reef communities through times of climate change, and to compare fossil to recent reefs. Whereas Pleistocene reefs from the Caribbean are well studied and understood, the much larger Indo-Pacific region with a greater coral diversity is represented by only a few quantitative studies on community ecology. Previous studies observed an astonishing persistence and stability in community composition and diversity throughout several interglacial episodes until today, which is contradictory to the claim that recent coral reefs are especially sensitive to climate change. The present study deals with two Indo-Pacific regions that so far lacked quantitative data of fossil reef communities: tropical Vanuatu (Coral Sea) and subtropical Sinai, Egypt (northern Red Sea). In Vanuatu at least seven fossil reef terraces with ages between 5,000 and 400,000 years are preserved, of which four could be studied in more detail. A great variability was observed among terraces and especially among sub-environments within terraces. Reefs remained stable in terms of diversity throughout the Pleistocene and Holocene but it seems that the dominance of the coral genus Acropora is a fairly recent phenomenon in Vanuatu, because this genus does not play a large role in terraces older than 96,000 years (MIS 5c). In Egypt quantitative and binary data from the last interglacial episode (MIS 5e) were compared with data from the recent Red Sea and adjacent regions. These show a northward migration of coral taxa during the last MIS5e. This observation confirms earlier studies that demonstrated a range expansion of tropical reef communities towards higher latitudes, and supports studies that suggest the northern Red Sea and especially the Gulf of Aqaba as future refuge for corals during climate warming. These results indicate that coral reefs were able to cope with dramatic environmental changes in the absence of anthropogenic impact.

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