Mid- to Late Holocene climate variability and the 4.2 ka BP event on the Iberian Peninsula - MACAU
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Mid- to Late Holocene climate variability and
the 4.2 ka BP event on the Iberian Peninsula
Dissertation
zur Erlangung des Doktorgrades (Dr. rer. nat.)
der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät
der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
vorgelegt von
Julien Schirrmacher
Kiel, im Juni 2020
i1. Gutachter und Betreuer: Prof. Dr. Ralph R. Schneider 2. Gutachterin: PD Dr. Mara Weinelt Eingereicht am: 16.06.2020 Tag der Disputation: 24.07.2020 Zum Druck genehmigt: 24.07.2020 Der Dekan: Prof. Dr. Frank Kempke ii
Abstract
In light of the ongoing global warming, it is crucial to gain knowledge on the spatio-temporal
manifestation on past climate events from local to supra-regional scales and their effect on
ancient societies. This knowledge is needed to significantly improve local, regional, and global
simulations of future climate change and its societal impacts. Following this aim, this thesis
investigates the hydro-climatic and sea surface temperature variability on the Iberian Peninsula
and its adjacent seas as well as its effect on ancient societies during the Mid- to Late Holocene,
particularly focusing on the 4.2 ka BP event.
Paleo-climatic results are based on geochemical analysis of n-alkanes and alkenones from two
marine sediment cores from the Gulf of Cádiz and the Alboran Sea as well as on a compilation
of various paleo-climatic proxies, also from continental archives. The results show a long-term
Holocene winter drying trend on the Iberian Peninsula as well as a winter cooling trend in the
Atlantic realm. Both long-term trends were superimposed by pronounced seasonal sea surface
temperature and precipitation events. For example, winter cooling events in the Gulf of Cádiz
correlate with ice-rafted debris discharge during Bond Event 3, in particular. Instead, sea
surface temperature variations in the Alboran Sea were local phenomena and could be related
to the North Atlantic Oscillation. Moreover, the North Atlantic Oscillation was a major
modulator of winter precipitation variability on the southern Iberian Peninsula with a positive
mode of the North Atlantic Oscillation favouring dry events during winter and an increased
proportion of local-sourced summer precipitation. However, the North Atlantic Oscillation
likely did not modulate the 4.2 ka BP event on the Iberian Peninsula, because this event turned
out to be a series of summer dry events between 4400 and 3800 cal. BP, which were restricted
to the south-east of the Iberian Peninsula.
Despite of being a regional coherent event on the south-eastern Iberian Peninsula, the 4.2 ka
BP event did not dramatically impact ancient societies in the area. Instead, people have been
very much dependent on winter precipitation as suggested by two regional declines in
settlement intensity, which were contemporaneous with winter dry events.
iiiZusammenfassung Vor dem Hintergrund der aktuellen globalen Klimaerwärmung ist es wichtig mehr über vergangene klimatische Ereignisse bzw. Events und deren Einfluss auf vergangene Zivilisationen herauszufinden. Die räumlichen und zeitlichen Charakteristiken solcher vergangenen Klima-Events werden benötigt, um aktuelle Klimamodelle zu verbessern und deren Simulationen der globalen Klimaerwärmung auf unterschiedlichen räumlichen Skalen zu optimieren. Um zu einer Verbesserung der Klimamodelle beizutragen, werden in der vorliegenden Arbeit hydro-klimatische Veränderungen sowie Änderungen der Meeresoberflächentemperatur auf der Iberischen Halbinsel sowie der angrenzenden marinen Gebiete während des mittleren und späten Holozäns untersucht. Im Besonderen wird außerdem das 4.2 ka BP Ereignis betrachtet. Zusätzlich befasst sich die Arbeit mit den Auswirkungen der untersuchten Klimaereignisse auf die damaligen Zivilisationen auf der Iberischen Halbinsel. Die paläo-klimatischen Ergebnisse basieren auf der geochemischen Analyse von n-Alkanen und Alkenonen von zwei marinen Sedimentkernen aus dem Golf von Cádiz sowie dem Alboranmeer. Zusätzlich wurden verschiedene paläo-klimatische Indikatoren aus dem Arbeitsgebiet zusammengetragen. Die Ergebnisse zeigen einen grundsätzlichen Trockenheitstrend sowie einen Abkühlungstrend seit dem mittleren Holozän in dem Arbeitsgebiet. Beide Entwicklungen sind primär im Winter nachweisbar und von kurzzeitigen saisonalen Klimaereignissen überlagert. Zum Beispiel wurden winterliche Abkühlungsereignisse im Golf von Cádiz nachgewiesen, welche zeitlich mit dem erhöhten Kalben von Eisbergen im Nordatlantik vor allem während Bond-Ereignis 3 einhergehen. Im Alboranmeer hingegen stellen Veränderungen in der Meeresoberflächentemperatur eher lokale Phänomene dar und sind mit der Nordatlantischen Oszillation verknüpft. Die Nordatlantische Oszillation erwies sich darüber hinaus als wichtige Treibkraft für Veränderungen der Winter- Niederschläge auf der südlichen Iberischen Halbinsel. So begünstigt beispielweise ein positiver Modus der Nordatlantischen Oszillation generell eine Abschwächung der Winter- Niederschläge und ein demnach einen erhöhten Anteil an Sommer-Niederschlägen lokalen Ursprungs im Jahresmittel. Allerdings stellte sich heraus, dass die Nordatlantische Oszillation keine oder nur geringe Auswirkungen auf das 4.2 ka BP Ereignis hatte. Das 4.2 ka BP Ereignis trat nämlich als eine Reihe mehrerer Dürre-Ereignisse zwischen 4400 und 3800 Jahren vor heute während des Sommers auf und war räumlich auf den Südosten der Iberischen Halbinsel begrenzt. iv
Trotz der ausgeprägten regionalen Dürre-Ereignisse während des 4.2 ka BP Ereignisses hat
dieses Klimaereignis die damalige Zivilisation nicht sonderlich hart getroffen. Allerdings gibt
es Hinweise, dass die damaligen Zivilisationen deutlich abhängiger von den Winter-
Niederschlägen waren. So fallen beispielsweise zwei Reduktionen der Winterniederschläge
jeweils mit einem Rückgang der Siedlungsintensitäten in den betroffenen Regionen zusammen.
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