Chironomidae as Indicators of (Paleo-) Temperature and Environmental Change at Sites of Pleistocene and Holocene Human Habitats

In dieser Arbeit werden paläoklimatologische und -ökologische Studien vorgestellt, die drei Perioden des späten Quartärs und auf der Analyse subfossiler Chironomidae basieren. Die vorgestellten aquatischen Ökosysteme sind durch Chironomidengemeinschaften in Flachseen charakterisiert, die empfindlich auf Klima- und Umweltschwankungen vor ca. 300, 132 und 1,1 tausend Jahren reagieren. Der erste Teil dieser Arbeit befasst sich mit Chironomiden-basierten Rekonstruktionen der mittleren Juli-Lufttemperatur aus dem Mittel- und Spätpleistozän. Die Untersuchungsstandorte befinden sich an den archäologischen Fundorten Schöningen (52°8'N; 11°0'E, 300 k years BP) und Lichtenberg (52°55′ N, 11°15′ E, ca. 132 k years BP), beide in Niedersachsen, Norddeutschland gelegen. Beide Orte sind herausragende Zeugnisse menschlicher Aktivitäten. Schöningen ist berühmt für die Entdeckung der ältesten hölzernen Jagdspeere, die dem Homo heidelbergensis zugeordnet werden. Lichtenberg liefert den ersten konkreten Beweis für die Anwesenheit von Neandertalern nördlich der Mittelgebirge in Deutschland während glazialer und interglazialer Phasen. Im zweiten Teil dieser Arbeit werden zwei Studien vorgestellt, die sich mit der jüngsten Entwicklung (ca. 1.100 Jahre vor heute) des Paläosees Gayal el Bazal (Jemen) befassen, einem der wenigen Süßwasserökosysteme in der ariden Region, das durch starke anthropogene Eingriffe gekennzeichnet ist. Diese Forschung unterstreicht den Wert von Chironomidenanalysen für das Verständnis vergangener interglazialer und glazialer Klima- und Umweltvariabilität sowie hydrologischer Schwankungen und anthropogener Einflüsse, was für die Vorhersage künftiger Trends des laufenden Klimawandels von entscheidender Bedeutung ist.

Die mittelpleistozäne Reinsdorf-Sequenz der Fundstelle Schöningen 13 II entspricht den Marinen Isotopenstadien 9e-a und umfasst Phasen mit interglazialen Wald-Phasen, gefolgt von abwechselnden Wald- und Steppe-Phasen. Während der kühlen Steppen- (Wald-) Phasen schufen höhere Abflüsse limnische Lebensräume mit einer vielfältigen Chironomidendiversität. In den wärmeren Wald-Phasen waren die Chironomiden dagegen weniger zahlreich, da die ausgeprägtere Vegetation den Zufluss verringerte und damit die Gewässerlebensräume weniger ausgebildet waren. Die Wald-Steppen-Übergangsphasen waren durch höhere Abundanzen profundaler Chironomiden-Taxa gekennzeichnet, was auf oligo-mesotrophe aquatische Bedingungen hinweist. In den Steppe-Phasen traten litorale Chironomidentaxa auf, die eine erhöhte Produktivität tolerieren. Anhand von zwei modernen Chironomiden-Temperatur-Kalibrierungsdatensätzen (schweizerisch-norwegisch und schweizerisch-norwegisch-polnisch) wurden die Juli-Temperaturen der Reinsdorf-Sequenz rekonstruiert: Die rekonstruierten mittleren Juli-Temperaturen für die gesamte Sequenz lagen zwischen 16,5–22 °C. In den kühleren, feuchteren Übergangszonen lagen die Temperaturen ähnlich oder leicht unter den heutigen Werten (-0,5 bis +0,2 °C), während die trockeneren Steppenphasen etwa 1 °C wärmer waren, was auf eine zunehmende Kontinentalität zurückzuführen ist. Der schweizerisch-norwegisch-polnische Trainingsdatensatz lieferte aufgrund eines breiteren Temperaturspektrums und des Vorhandenseins relevanter Taxa (z. B. Propsilocerus lacustris-Typ) zuverlässigere Ergebnisse. In Abschnitten mit geringerer Diversität und einer nährstoffbedingten Dominanz des P. lacustris-Typs könnten die Sommertemperaturen jedoch überschätzt worden sein.

Eine auf Chironomiden basierende Rekonstruktion der Juli-Lufttemperatur aus Lichtenberg deckt das Eem-Interglazial bis zum frühen Weichsel-Glazial (MIS 5e–5b) ab. Im Eem dominierten wärmeliebende Chironomiden-Taxa (z.B. Cladopelma und Glyptotendipes pallens/severini-Typ), was auf ein produktives, litorales Umfeld hinweist. Die rekonstruierten Lufttemperaturen im Juli waren in dieser Zeit bis zu 1,8 °C wärmer als heute. Das frühe Weichsel-Glazial war durch eine hohe Variabilität der Juli-Lufttemperaturen (12–20 °C) gekennzeichnet. Die Chironomidengemeinschaften wechselten zwischen kalt-stenothermen Taxa (z. B. Tanytarsus lugens-Typ, Sergentia coracina-Typ und Micropsectra radialis-Typ), die mit nährstoffarmen Bedingungen assoziiert sind, und thermophilen Taxa, die typischerweise während des Eem-Interglazials vorkommen. Wir haben unsere Temperaturrekonstruktion aus Lichtenberg mit anderen spätpleistozänen Temperaturrekonstruktionen aus Mitteleuropa verglichen, die z. B. auf Pflanzenmakrofossilien, Käfern und Chironomiden basieren. Für das Eem rekonstruierten wir durchschnittlich 19 °C warme Sommer, was im oberen Bereich aller eemzeitlichen Temperaturaufzeichnungen liegt (Bereich 16–20 °C). Im Vergleich zu anderen chironomidenbasierten Temperaturrekonstruktionen aus demselben Zeitraum sind die Sommertemperaturen am Standort Lichtenberg um etwa 5 °C wärmer, was auf die Verwendung verschiedener Kalibrierungsdatensätze (schweizerisch-norwegisch vs. schweizerisch-norwegisch-polnisch) zurückzuführen ist und den Bedarf an unabhängigen, regionalen Datensätzen unterstreicht.

Die Untersuchungen am Paläosee Gayal el Bazal geben Aufschluss über die hydrologischen Schwankungen auf der Arabischen Halbinsel, die hauptsächlich durch den Indischen Sommermonsun gesteuert werden. In der ersten Studie wird untersucht, wie das Ökosystem des Paläosees auf klimatische und hydrologische Veränderungen in den letzten 1.100 Jahren reagierte, wobei der Schwerpunkt auf der mittelalterlichen Klimaanomalie und der Kleinen Eiszeit liegt. N-Alkane korrelierten gut mit Feuchtigkeitsänderungen und wiesen auf pluviale Zeiten während der MCA hin, in denen ein höherer Nährstoffeintrag zu einer erhöhten Produktivität im See führte. Ostrakoden waren geeignet, um Änderungen des Seespiegels anzuzeigen. Chironomiden wurden verwendet, um Veränderungen des Salzgehalts und der Produktivität im See zu verfolgen. Die zweite Studie präsentiert den ersten Nachweis von subfossilen Chironomiden auf Morphotyp-Ebene für den Jemen. Die Veränderungen in den Chironomidengemeinschaften wurden mit hydrologischen Schwankungen in Verbindung gebracht, basierend auf einer Redundanzanalyse, welche die Abundanzen der Chironomiden-Morphotypen mit Umweltvariablen (v.a. Ti/Al) in Verbindung bringt. In den Trockenperioden (ca. 1575–1670 und 1770–1930 unserer Zeit) dominierten die Morphotypen Dicrotendipes nervosus-Typ und Polypedilum nubeculosum-Typ, was auf ein flaches, produktives Milieu mit hoher Makrophytendichte hinweist. Ein pluviales Ereignis zwischen 1670 und 1770 unserer Zeit ist durch eine Zunahme des Morphotypen Tanytarsus cf. formosanus-Typ gekennzeichnet, was auf einen Anstieg des Seespiegels und verstärkte Zuflüsse hinweist. Um 1930 unserer Zeit folgte feuchtere Bedingungen, die durch erhöhte Ti/Al-Werte unterstützt werden. Die Austrocknung des Sees führte in den letzten drei Jahrzehnten zu einer Zunahme von Ceratopogonidae Dasyhelea-Typ, was auf eine Ausbreitung semiterrestrischer Habitate hindeutet. Diese Studie deutet auf eine eher trockene Kleine Eiszeit und durch anthropogene Aktivitäten überlagerte feuchtere Bedingungen in den letzten Jahrzehnten hin.