English Title: COMNISPA - a precisely dated climate archive derived from holocene alpine stalagmites

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Abstract

Ein Archiv, das sich in den letzten Jahren für die Rekonstruktion des Klimas der Vergangenheit als zunehmend geeignet erwiesen hat, sind Tropfsteine aus Höhlen, vor allem Stalagmiten: Die Sauerstoff- und Kohlenstoffisotope im Kalk speichern klimarelevante Daten; darüber hinaus lassen sie sich exakt datieren. Auf dieser Grundlage wurden fünf Stalagmiten aus der hochalpinen Spannagel-Höhle (Tirol, Österreich) ausgewählt und ihre Sauerstoff-Isotopensignale kombiniert und interpretiert. In zwei Schritten entstanden dabei zunächst ein Record für die letzten 9000 Jahre auf Basis von drei Stalagmiten (COMNISPA: Combined Isotopes Spannagel) und in einem zweiten Abschnitt der Arbeit, unter Hinzunahme von zwei weiteren Stalagmiten und der Entwicklung einer neuen Methode zur Verknüpfung der einzelnen Zeitreihen, die COMNISPA2-Kurve, welche die letzten 11.000 Jahre abdeckt. Aufgrund der großen Höhenlage (2500müM) finden in der Spannagelhöhle wenig störende chemische Prozesse bei der Tropfsteinbildung statt und man kann davon ausgehen, dass die Stalagmiten mehr oder weniger unter Gleichgewichtsbedingungen entstanden sind. Dies eröffnet die Möglichkeit, direkte Klima-Informationen aus dem delta18O-Profilen zu gewinnen. COMNISPA und COMNISPA2 zeigen deutliche Variabilität für das Holozän. In verschiedenen Interpretationsschritten wurden die Records mit anderen alpinen, aber auch mit überregionalen Archiven verglichen und zeigen gute Übereinstimmung. Neben der Bedeutung als lokaler Klima-Proxy hat sich dabei besonders das überregionale Potential gezeigt: Die sehr gute Korrelation mit den Eisdrift-Daten von Bond et al. (2001) legt eine enge Verbindung zum Klimageschehen über dem Nordatlantik nahe und gibt Anlass zu der Deutung, dass COMNISPA als Archiv für die Nordatlantische Oszillation (NAO) dienen kann. In den Phasen leichterer delta18O-Isotopie spiegeln sich NAO+-Lagen mit milden und feuchten Wintern über Nord- und Mitteleuropa, während schwerere delta18O-Werte auf NAO--Phasen hindeuten. Generell speichern die Spannagel-Stalagmiten im Wesentlichen Winterbedingungen. Durch die sehr gute Datierbarkeit mit der Thorium/Uran-Methode, die hohe Auflösung der Sauerstoff-Isotopen-Profile und die Verwendung der neu entwickelten Methode zur Verknüpfung der Einzelprofile steht mit COMNISPA ein 11.000 Jahre umfassendes kontinuierliches und exaktes Klima-Archiv für den Alpen- und Nordatlantik-Raum zur Verfügung und gibt Aufschluss über die natürlichen Klimaschwankungen des Holozän.

Translation of abstract (English)

In recent years, speleothems increasingly have been used as archives for past climate change. Stalagmites can be dated with high precision. Oxygen and carbon isotopes contain climate information such as temperature or precipitation. Five stalagmites from the high-alpine Spannagel Cave (Tyrol, Austria) were used to combine their oxygen isotope signals. In a first step three records were stacked together creating the COMNISPA (Combined Isotopes Spannagel) record which covers the last 9 kyr. Afterwards two further stalagmites were examined and a completely new statistical method for the combining procedure was established. COMNISPA2 spans the Holocene from 11 kyr on. Due to the high-elevation (2500asl) kinetically influenced growth is negligible inside Spannagel Cave. Therefore stalagmites grow more or less under equilibrium conditions and the oxygen isotope values contain direct climatic informations. COMNISPA and COMNISPA2 indicate distinct variations during the Holocene. In comparison with other Alpine climate archives, and also with supra-regional data, the curves show good correlation. Above all, the very good agreement with the Hematite Stained Grains record by Bond et al. (2001) indicates the connection of COMNISPA to the North Atlantic region. Linked via NAO (North Atlantic Oscillation) the delta18O-values in Spannagel reflect atmospheric conditions over Central Europe during winter. Lighter delta18O-values occur during NAO+-situations, heavier delta18O-values during NAO—phases. As a result of the high-precision Uranium-series-dating, the high-resolution delta 18 O-time-series and the new method for combining stalagmite profiles, COMNISPA2 represents a continuous and reliable climate record for the last 11 kyr, not only for the Alpine region but also, linked via NAO, for Central Europe. Therefore COMNISPA2 sheds light on natural climate variability during the Holocene.