English Title: Paleotemperaturestudy with noble gases in the North China Plain aquifer

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Abstract

In dieser Arbeit wird mit Hilfe der Edelgastemperaturmethode an Grundwasserproben der mittlere klimatische Temperaturunterschied zwischen dem letzten Glazial und dem Holozän für die Region der Nordchinesischen Tiefebene bestimmt. Während zwei Probenahmekampagnen in den Jahren 2004 und 2005 wurden insgesamt 52 Brunnen beprobt und die Konzentrationen der stabilen Isotope (2H und 18O), Tritium, Radiokohlenstoffs und Edelgase gemessen. Ein Teil der Brunnen wurde zusätzlich auf SF6 beprobt. Grundwasseralter bis ca. 40 Jahre wurden mit der 3H-3He - Methode bestimmt, die Restlichen wurden mit dem im Wasser anorganisch gelöstem CO2 14C-datiert. Die mittlere Edelgastemperatur aller holozänen Proben liegt bei 13.5(±0.3)°C, während die mittlere Edelgastemperatur der rein rezenten Proben mit einem Alter unter 40 Jahren 14.1(±0.3)°C beträgt. Dies ist sehr wahrscheinlich auf eine anthropogene Veränderung der Infiltrationsbedingungen zurückzuführen, welche ebenfalls in den stabilen Isotopen nachgewiesen wurde. Die mittlere heutige atmosphärische Temperatur in der Region liegt bei 12.9°C. Die mittlere Temperatur der kältesten glazialen Proben mit einem mittleren 14C-Alter von etwa 32 ka liegt bei 8.7(±0.2)°C. Der Temperaturunterschied zwischen letztem Glazial und Holozän beträgt in der Nordchinesischen Tiefebene 4.7(±0.3)°C. Aus dem Zusammenhang zwischen den Edelgastemperaturen und den stabilen Isotopen lässt sich ableiten, dass die Signatur der stabilen Isotope hauptsächlich von der Stärke des Monsuns bestimmt wird. Dem Überlagert ist ein geringer Temperatureffekt von 0.21(±0.05)‰/°C. Die Differenz zwischen dem mittleren Wert für die d18O-Signatur in Phasen mit schwachem und starkem Monsun beträgt etwa 1.5(±0.2)‰.

Translation of abstract (English)

In this work, the temperature difference between the Holocene and the last Glacial for the region of the North China Plain (NCP) was determined with the noble gas temperature method. During two campaigns in 2004 and 2005, 52 wells were sampled for stable isotopes (2H and 18), tritium, radiocarbon and noble gases. Some wells were also sampled for SF6. Young samples were dated with the 3H-3He method, while older samples were dated with 14C from the inorganic dissolved CO2. The mean noble gas temperature of all holocene samples is 13.5(±0.3)°C while the mean noble gas temperature of all samples with ages below 40 years is 14.1(±0.3)°C. This is very probably attributed to anthropogenic changes in the process of groundwater recharge. The change can also be seen in the stable isotopes. The mean annual air temperature in the area is around 12.9°C. The mean noble gas temperature of the coldest pleistocene samples with a mean 14C-age of 32 ka is 8.7(±0.2)°C. The temperature difference between holocene and last glacial in the NCP is therefore 4.7(±0.3)°C. Comparing noble gas temperatures and stable isotopes one can see that the signature of the stable isotopes is mainly influenced by the monsoon, superposed with a weak temperature effect of 0.21(±0.05)‰/°C for both holocene and glacial times. The difference in the mean stable isotopes d18O for weak and strong monsoon is around 1.5(±0.2)‰.