Late Quaternary climate history of Northern Siberia - evidence from ground ice (Die spätquartäre Klimageschichte Nordsibiriens - Ergebnisse aus Untersuchungen an Grundeis)

Large areas of Russia, especially in Northern Siberia, are characterised by a severe continental climate and continuous permafrost conditions.On Bykovsky Peninsula and Big Lyakhovsky Island, located in the Laptev Sea region, ice-rich permafrost deposits were studied in order to decipher the climatic variations of the Late Quaternary.Ground ice and in particular ice wedges were analysed by means of stable hydrogen and oxygen isotopes in the framework of the multidisciplinary research project "Paleoclimate signals in ice-rich permafrost".The main goals of the research program are the reconstruction of the paleoclimatic and paleoenvironmental conditions in ice-rich permafrost areas of Northern Siberia.The Ice Complex, a peculiar cryolithogenic formation, is typical for the nonglaciated lowland areas of Northern Siberia.It was formed between 60 ka and 12 ka BP, and is characterised by syngenetic ice wedge growth in ice-rich deposits.As shown in the stable isotopes, ice wedges are mainly fed by meltwater of the winter precipitation and, thus reflect winter temperatures.Water from the adjacent Sediment may alter the isotopic composition of an ice wedge at its margins.The presence of ice wedges as indicative feature for permafrost conditions since 60 ka BP, implies that a large glacier extending over the Laptev Sea shelf did not exist during the Late Glacial Maximum.Sediment and ice wedges with an age of 200 ka underlay the Ice Complex on Big Lyakhovsky Island.This is the oldest ground ice ever analysed by hydrogen and oxygen isotopes.The comparison between the stable isotope records of ice wedges from the individuat sites reveal a period of extremely cold winter temperatures between 60 and 50 ka BP.Between 50 and 20 ka BP, the winters were relatively cold and stable.A sharp rise in the stable isotope ratios of ice wedges is found for the Pleistocene-Holocene boundary, interpreted as a climatic warming trend.For the Early Holocene warm period (8-4.5 ka BP), thermokarst processes formed lacustrine environments, which restricted ice wedge growth.After 4.5 ka BP, Holocene ice wedges grew until present in thermo-erosional valleys and in thermo-karst depressions after the lakes feil dry.The isotopic composition of recent ice wedges was used for the reconstruction of absolute winter and January temperatures of the older units.The combination of H and 0 isotope analyses of precipitation and ground ice is useful to identify moisture sources for the Laptev Sea region.For the winter precipitation of the western Laptev Sea, a change in the moisture source to the present North Atlantic source was proved between 18.5 and 11.2 ka BP. KurzfassungWeite Gebiete Russlands, insbesondere im nà ¶rdliche Sibirien sind durch ein strenges kontinentales Klima und kontinuierliche Permafrost-Bedingungen gekennzeichnet.Im Gebiet der Laptew-See, auf der Bykowski-Halbinsel und der Große Ljachow-Insel, wurden eisreiche Permafrost-Ablagerungen untersucht, um die spätquartä Klima-Entwicklung zu rekonstruieren.Grundeis, insbesondere Eiskeile wurden mittels stabiler Sauerstoff-und Wasserstoff-Isotope im Rahmen des deutsch-russischen Forschungs-Programms "System Laptew-See 2000" im multi-disziplinäre Teilprojekt Palao-Klimasignale in eisreichem Permafrost" untersucht.Das Ziel des Projektes ist die Rekonstruktion der Paläo-Klima und Umweltbedingungen in eisreichen Permafrost-Abfolgen Nordsibiriens.Der Eis-Komplex ist eine einzigartige kryolithogenetische Bildung, die typisch fü die nicht vergletscherten Akkumulationsgebiete Nordsibiriens ist.Der Eis-Komplex ist durch syngenetisches Eiskeil-Wachstum in eisreichem Sediment gekennzeichnet und wurde zwischen 60 ka und 12 ka BP gebildet.Eiskeile werden durch Schmelzwässe aus den Winter-Niederschläge gespeist und spiegeln daher Winter-Temperaturen wider.Allerdings kann die Migration von Feuchtigkeit aus dem benachbarten Sediment die Isotopen-Zusammensetzung von Eiskeilen im Randbereich verändern Eiskeile sind an Permafrost-Bedingungen gebunden.Dies belegt, dass der Schelf der Laptew-See währen des letzten glazialen Maximums nicht von Gletschereis bedeckt gewesen sein kann.Auf der Große Ljachow-Insel wird der Eis-Komplex von Sedimenten und Eiskeilen unterlagert, die bis zu 200.000Jahre alt sind.Dies ist das ältest Grundeis, das je mit stabilen Sauerstoff-und Wasserstoff-Isotopen untersucht wurde.Die Kombination der stabilen Isotopen-Daten der Untersuchungsgebiete zeigt eine Phase extrem kalter Winter zwischen 60 und 50 ka BP.Die Zeit von 50 bis 20 ka BP ist durch stabile, weiterhin relativ kalte Wintertemperaturen gekennzeichnet.Ein deutlicher Anstieg der stabilen Isotopen-Verhältniss in Eiskeilen wurde am Ãœbergan Pleistozän-Holozà festgestellt und als Klima-Erwärmun interpretiert.Die wärmst Phase war währen des Frühholozä (8 -4.5 ka B?), als durch Thermokarst-Prozesse weite Gebiete von Seen eingenommen wurden, die die Eiskeil-Bildung einschränkten Holozäne Eiskeil-Wachstum begann in Thermokarst-Senken nach dem Trockenfallen der Seen und in Thermo-Erosionstälern und setzte sich bis heute fort.Die Isotopen-Verhältniss rezenter Eiskeile wurden als Basis fü die Rekonstruktion absoluter Winter-und Januar-Temperaturen der Vergangenheit verwendet.Die Kombination von Sauerstoff-und Wasserstoff-lsotopenanalysen an Grundeis und Rezent-Niederschläge ermà ¶glich eine Zuordnung von Feuchtigkeitsquellen fü die Laptew-See-Region.Fü die westliche Laptew-See-Region fand zwischen 18.5 and 11.2 ka BP ein Wechsel der Quellgebiete fü die Winter-Niederschläg zur heutigen nordatlantischen Feuchtigkeitsquelle statt.

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