Description: Pollen are widespread and abundant microspores that are resistant against decay. Their frequent appearance in climate archives gives the opportunity to study vegetation cover changes and past environmental characteristics. Morphology-based pollen analysis focus on the taxonomic identification of pollen grains extracted out of sediment cores or other archives. The prime advantage of this approach is a worldwide applicability enabling temperature and precipitation reconstructions through quantitative methods. Stable isotope analysis is another approach using pollen in climate studies. Due to the immediate physiological responses of plants to environmental change, isotope values of pollen potentially provide high-resolution palaeoclimate information. Because this method for studying environmental changes is still in the need of a general assessment of its spectrum of applicability and limitations, this thesis focusses mainly on preliminary investigations of species-specific pollen-isotope variability and applicability in environmental studies. A case study of climate and vegetation reconstruction on the north-eastern Qinghai-Tibetan Plateau using classical morphology-based palynology is included in this dissertation as a first research topic. Pollen assemblages extracted out of the Daotang Pond record reveal environmental changes over the last 1200 years.The Medieval Warm Period occurred on the Qinghai-Tibetan Plateau between CE 850 and 1400. This climate anomaly was accompanied by regular East Asian Summer Monsoon penetrations and moisture input from the eastern lowland. Dry spells with diminished precipitation during the Medieval Warm Period are detectable out of the deposited pollen assemblages, but they have not been as severe as reported from other regions on the Qinghai-Tibetan Plateau. This is most likely caused by a humid micro-climate in the vicinity of the Qinghai Lake drainage basin. Features of the Little Ice Age (CE 1450 to 1950) can also be traced by analysing the pollen assemblages of the samples. Although the Little Ice Age is characterized by a weakened East Asian Summer Monsoon, the pollen record does not display a particularly dry environment during this time period, probably due to generally lower temperatures and diminished evapotranspiration. However, long distance transport of pollen is known to falsify pollen assemblages and its impact on the reconstruction of past environmental conditions cannot be ruled out. Additionally, the Qinghai-Tibetan Plateau is a pastoral region and its vegetation composition has been affected by grazing herds, diminishing the climate information which can be drawn from a quantitative morphology-based pollen analysis. The second part of this dissertation focusses on comprehensive investigations about species-specific isotope variability of modern pollen to promote the application of isotope analysis of fossil pollen in palaeoclimate reconstructions. Modern pollen of nine abundant tree species were sampled during the consecutive vegetation periods of 2015 and 2016 in seven national and nature parks in central and northern Europe. The investigation of various non-climate impact factors on the pollen-isotopes helps to assess sampling strategies in future studies and supports the interpretation of fossil pollen-isotope values. The results suggest that each species has specific δ13C and δ18O patterns and ranges within their pollen-isotope values and their spectra reveal gradients between maritime and continental study sites. The altitudinal effect, an increase in the isotope values with elevation, can be traced within the δ13C but not within the δ18O values of Picea abies pollen. The δ13Cpollen and δ18Opollen values of broad-leaved species flowering before leaf proliferation (January to March) were significantly lower than the isotope values of broad-leaved trees flowering later in spring (April to May). Pollen-isotope values of early flowering species are believed to reflect environmental conditions of the previous autumn and winter, whereas the isotope values of spring-flowering species reflect conditions of the ongoing season after the reoccurrence of growth. These findings indicate, that seasonal weather reconstructions using pollen-isotope values of different species are feasible. Pollen-isotope values of all species varied within the sampling sites. They even varied significantly between different flower positions on a tree and also within single branches. The circumferential variability within trees was up to 3.5‰ for δ13Cpollen and 2.1‰ for δ18Opollen. Species-specific pollen-isotope variation between the two consecutive years was on average 1.0‰ for δ13C and 1.6‰ for δ18O and oxygen pollen-isotopes even changed significantly during the last stages of pollen maturation. Regarding palaeoclimate investigations, these results emphasize the need for a taxonomic separation of fossil pollen and the analysis of a sufficient amount of pollen material to avoid interpretation errors due to outliers caused by flowering positions or an unusual origin of the pollen. A chemical purification protocol of modern and fossil pollen samples needs to be established to advance reproducibility of the analytical results when fossil pollen-isotopes are used to reconstruct climate conditions. Therefore, the impact of four chemicals on the δ13C and δ18O values of modern pollen sampled from eight abundant tree species were assessed and evaluated. The results suggested species-specific alterations of the pollen-isotope values. Potassium hydroxide, hydrofluoric acid and sodium hypochlorite alter the carbon and oxygen isotope values of pollen to an assessable degree and therefore their usage to purify pollen samples can be rated as unproblematic in future palaeoclimate studies. The application of sulfuric acid on the other hand should generally be avoided, because the chemical alters the δ13Cpollen and δ18Opollen values with a highly variable offset. The outcome of the comprehensive research on pollen-isotope variability and influencing factors is a contribution towards a regular usage of stable isotope analysis of pollen in palaeoecological investigations. Open research questions on the topic of amplifying pollenisotope analysis in palaeoclimate research remain. An actual application of the method requires additional analytical tests, in particular an improved separation technique to extract fossil pollen using a minimal amount of chemicals. Also, the determination of important climatological impact factors defining the carbon and oxygen isotope values of pollen is necessary. The possibility to use multiple approaches of fossil pollen to reconstruct climate conditions of the past is valuable and worthy of further intensive investigations. Pollen sind weit verbreitete, zahlreich vorhandene und sehr resistente Mikrosporen. Ihr häufiges Auftreten in Klimaarchiven bietet die Möglichkeit, Veränderungen der Vegetationsdecke und vergangene Umweltmerkmale zu untersuchen. Morphologie-basierte Pollenanalysen konzentrieren sich auf die taxonomische Identifizierung von Pollenkörnern, die aus Sedimentbohrkernen oder anderen Archiven extrahiert wurden. Der Hauptvorteil dieses Ansatzes ist eine weltweite Anwendbarkeit, die verlässliche Temperatur- und Niederschlagsrekonstruktionen durch etablierte quantitative Methoden ermöglicht. Die Analyse stabiler Isotope ist ein weiterer Ansatz, bei dem Pollen in Klimastudien verwendet werden können. Aufgrund der unmittelbaren physiologischen Reaktionen von Pflanzen auf Umweltveränderungen können Isotopenwerte von Pollen hochauflösende Paläoklimainformationen liefern. Da diese neuere Methode zur Untersuchung von Umweltveränderungen noch einer generellen Einschätzung ihres Anwendungsspektrums und ihrer Grenzen bedarf, konzentriert sich diese Arbeit hauptsächlich auf Voruntersuchungen zur artspezifischen Pollenisotopenvariabilität und Anwendbarkeit in Umweltstudien. Eine Fallstudie zur Klima- und Vegetationsrekonstruktion auf dem Qinghai-Tibetischen Plateau unter Verwendung der klassischen Morphologie-basierten Palynologie ist als erstes Forschungsthema in dieser Dissertation enthalten. Die wechselnde Zusammensetzung der Pollentypen, die aus den Proben des Daotang Ponds extrahiert wurden, zeigen die Umweltveränderungen der letzten 1200 Jahre auf dem nord-östlichen Qinghai-Tibetischen Plateau. Die mittelalterliche Warmzeit fand in der Region zwischen 850 und 1400 n. Chr. statt. Diese Klimaanomalie ist am Daotang Pond gekennzeichnet von regelmäßigen Einbrüchen des ostasiatischen Sommermonsuns und Feuchtigkeitseinträgen aus dem östlichen Tiefland. Trockenperioden mit vermindertem Niederschlag während des mittelalterlichen Klimaoptimums sind aus den abgelagerten Pollenansammlungen nachweisbar, aber sie waren nicht so schwerwiegend wie in anderen Regionen auf dem Qinghai-Tibetischen Plateau, was vermutlich auf ein bestehendes feuchtes Mikroklima durch den nahegelegenen Qinghai See zurückzuführen ist. Die Kleine Eiszeit (1450 bis 1950 n. Chr.) kannauch durch die Morphologie-basierte Analyse der Pollenansammlungen in den Daotang Proben zurückverfolgt werden. Obwohl die Kleine Eiszeit durch einen abgeschwächten ostasiatischen Sommermonsun gekennzeichnet ist, zeigt der Pollenflug in diesem Zeitraum keine besonders trockene Umgebung. Vermutlich war in der Region aufgrund allgemein niedrigerer Temperaturen auch die Evapotranspiration deutlich vermindert. Es ist jedoch bekannt, dass der Langstreckentransport von Pollen die Pollenansammlungen verfälscht, und sein Einfluss auf die Rekonstruktion vergangener Umweltbedingungen kann nicht ausgeschlossen werden. Darüber hinaus ist das Qinghai-Tibetische Plateau eine Hirtenregion und die Vegetationszusammensetzung wurde stark durch weidende Herden beeinträchtigt, wodurch die Klimainformationen, die aus einer quantitativen Morphologie-basierten Pollenanalyse gewonnen werden können, vermindert sind. Der zweite Teil dieser Dissertation konzentriert sich auf umfassende Untersuchungen zur artspezifischen Isotopenvariabilität moderner Pollen, um die Anwendung der Isotopenanalyse fossiler Pollen bei Paläoklima-Rekonstruktionen zu fördern. In sieben National und Naturparks in Mittel- und Nordeuropa wurden während zwei aufeinanderfolgender Vegetationsperioden 2015 und 2016 moderne Pollen von neun weit verbreiteten Baumarten beprobt. Die Untersuchung verschiedener nicht-klimatischer Einflussfaktoren auf die Pollenisotope hilft bei der Beurteilung von Beprobungsstrategien in zukünftigen Studien und unterstützt die Interpretation der Isotopenwerte fossiler Pollen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass jede Art spezifische 13C- und 18O-Muster und Spannweiten innerhalb ihrer Pollenisotopenwerte aufweist und ihre Spektren zeigen Gradienten zwischen maritimen und kontinentalen Untersuchungsgebieten. Der Höheneffekt, eine Zunahme der Isotopenwerte mit der Höhe über NN, kann innerhalb der δ13C-, aber nicht innerhalb der δ18O-Werte von Picea abies Pollen nachgewiesen werden. Die δ13Cpollen- und δ18Opollen-Werte von Laubbaumarten, die vor dem Blattaustrieb blühten (Januar bis März), waren signifikant niedriger als die Isotopenwerte von Laubbäumen, die später im Frühjahr blühen (April bis Mai). Man geht davon aus, dass die Pollenisotopenwerte früh blühender Arten die Umweltbedingungen des vorangegangenen Herbstes und Winters widerspiegeln, während die Isotopenwerte anderer Arten die Bedingungen der laufenden Saison nach dem Wiederauftreten des Wachstums aufzeigen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass saisonale Wetterrekonstruktionen mit den Pollenisotopenwerten verschiedener Arten durchführbar sind. Die Pollenisotopenwerte aller Arten variierten innerhalb der Sammelorte, und sie variierten auch signifikant zwischen verschiedenen Blütenpositionen an einem Baum und sogar innerhalb eines einzelnen Zweiges. Die zirkumferentielle Variabilität betrug bis zu 3.5‰ für δ13Cpollen und 2.1‰ für δ18Opollen. Die artenspezifische Pollenisotopenvariation zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Jahren betrug durchschnittlich 1.0‰ für δ13C und 1.6‰ für δ18O und die Sauerstoffisotopenwerte änderten sich sogar signifikant während der letzten Stadien der Pollenreifung in der Blüte. Im Hinblick auf paläoklimatische Untersuchungen unterstreichen diese Ergebnisse die Notwendigkeit einer taxonomischen Trennung fossiler Pollen und der Analyse einer ausreichenden Menge an Pollenmaterial, um Interpretationsfehler als Folge von Ausreißern aufgrund der Blühposition oder einer ungewöhnlichen Herkunft der Pollen zu vermeiden. Ein standardisiertes chemisches Aufbereitungsprotokoll für moderne und fossile Pollenproben ist notwendig um die Reproduzierbarkeit der analytischen Ergebnisse zu verbessern, wenn fossile Pollenisotope zur Rekonstruktion der Klimabedingungen verwendet werden. Daher wurden die Auswirkungen von vier Chemikalien auf die δ13C- und δ18O-Werte moderner Pollenproben von acht häufig vorkommenden Baumarten untersucht und bewertet. Die Ergebnisse deuteten auf artspezifische und substanzspezifische Veränderungen der Pollenisotopenwerte hin. Kaliumhydroxid, Flusssäure und Natriumhypochlorit verändern die Kohlenstoff- und Sauerstoffisotopenwerte von Pollen in einem abschätzbaren Maße, sodass ihre Verwendung zur Aufbereitung von Pollenproben in zukünftigen Paläoklimastudien als unproblematisch eingestuft werden kann. Der Einsatz von Schwefelsäure hingegen sollte generell vermieden werden, da die Chemikalie die δ13Cpollen- und δ18Opollen-Werte mit einem sehr variablen Offset verändert. Das Ergebnis der umfangreichen Forschung zur Pollen-Isotopenvariabilität und zu deren Einflussfaktoren ist ein Beitrag zu der zukünftigen etablierten Anwendung der stabilen Isotopenanalyse von Pollen in paläoökologischen Untersuchungen. Offene Forschungsfragen zur Pollenisotopenanalyse in der Paläoklimaforschung bleiben bestehen. Eine tatsächliche Anwendung der Methode erfordert zusätzliche analytische Tests, insbesondere eine verbesserte Trenntechnik zur Extraktion fossiler Pollen mit einem minimalen Chemikalieneinsatz. Auch die Bestimmung wichtiger klimatologischer Einflussfaktoren, die die Kohlenstoff- und Sauerstoffisotopenwerte von Pollen definieren, ist notwendig. Die Möglichkeit, mehrere Methoden zur Analyse fossiler Pollen für eine Rekonstruktion von Klimabedingungen anwenden zu können, ist wertvoll. Daher verdient das Vorranbringen der Pollenisotopie-Methode weitere intensive Untersuchungen.

Description: Pollen sind weit verbreitete, zahlreich vorhandene und sehr resistente Mikrosporen. Ihr häufiges Auftreten in Klimaarchiven bietet die Möglichkeit, Veränderungen der Vegetationsdecke und vergangene Umweltmerkmale zu untersuchen. Morphologie-basierte Pollenanalysen konzentrieren sich auf die taxonomische Identifizierung von Pollenkörnern, die aus Sedimentbohrkernen oder anderen Archiven extrahiert wurden. Der Hauptvorteil dieses Ansatzes ist eine weltweite Anwendbarkeit, die verlässliche Temperatur- und Niederschlagsrekonstruktionen durch etablierte quantitative Methoden ermöglicht. Die Analyse stabiler Isotope ist ein weiterer Ansatz, bei dem Pollen in Klimastudien verwendet werden können. Aufgrund der unmittelbaren physiologischen Reaktionen von Pflanzen auf Umweltveränderungen können Isotopenwerte von Pollen hochauflösende Paläoklimainformationen liefern. Da diese neuere Methode zur Untersuchung von Umweltveränderungen noch einer generellen Einschätzung ihres Anwendungsspektrums und ihrer Grenzen bedarf, konzentriert sich diese Arbeit hauptsächlich auf Voruntersuchungen zur artspezifischen Pollenisotopenvariabilität und Anwendbarkeit in Umweltstudien. Eine Fallstudie zur Klima- und Vegetationsrekonstruktion auf dem Qinghai-Tibetischen Plateau unter Verwendung der klassischen Morphologie-basierten Palynologie ist als erstes Forschungsthema in dieser Dissertation enthalten. Die wechselnde Zusammensetzung der Pollentypen, die aus den Proben des Daotang Ponds extrahiert wurden, zeigen die Umweltveränderungen der letzten 1200 Jahre auf dem nord-östlichen Qinghai-Tibetischen Plateau. Die mittelalterliche Warmzeit fand in der Region zwischen 850 und 1400 n. Chr. statt. Diese Klimaanomalie ist am Daotang Pond gekennzeichnet von regelmäßigen Einbrüchen des ostasiatischen Sommermonsuns und Feuchtigkeitseinträgen aus dem östlichen Tiefland. Trockenperioden mit vermindertem Niederschlag während des mittelalterlichen Klimaoptimums sind aus den abgelagerten Pollenansammlungen nachweisbar, aber sie waren nicht so schwerwiegend wie in anderen Regionen auf dem Qinghai-Tibetischen Plateau, was vermutlich auf ein bestehendes feuchtes Mikroklima durch den nahegelegenen Qinghai See zurückzuführen ist. Die Kleine Eiszeit (1450 bis 1950 n. Chr.) kannauch durch die Morphologie-basierte Analyse der Pollenansammlungen in den Daotang Proben zurückverfolgt werden. Obwohl die Kleine Eiszeit durch einen abgeschwächten ostasiatischen Sommermonsun gekennzeichnet ist, zeigt der Pollenflug in diesem Zeitraum keine besonders trockene Umgebung. Vermutlich war in der Region aufgrund allgemein niedrigerer Temperaturen auch die Evapotranspiration deutlich vermindert. Es ist jedoch bekannt, dass der Langstreckentransport von Pollen die Pollenansammlungen verfälscht, und sein Einfluss auf die Rekonstruktion vergangener Umweltbedingungen kann nicht ausgeschlossen werden. Darüber hinaus ist das Qinghai-Tibetische Plateau eine Hirtenregion und die Vegetationszusammensetzung wurde stark durch weidende Herden beeinträchtigt, wodurch die Klimainformationen, die aus einer quantitativen Morphologie-basierten Pollenanalyse gewonnen werden können, vermindert sind. Der zweite Teil dieser Dissertation konzentriert sich auf umfassende Untersuchungen zur artspezifischen Isotopenvariabilität moderner Pollen, um die Anwendung der Isotopenanalyse fossiler Pollen bei Paläoklima-Rekonstruktionen zu fördern. In sieben National und Naturparks in Mittel- und Nordeuropa wurden während zwei aufeinanderfolgender Vegetationsperioden 2015 und 2016 moderne Pollen von neun weit verbreiteten Baumarten beprobt. Die Untersuchung verschiedener nicht-klimatischer Einflussfaktoren auf die Pollenisotope hilft bei der Beurteilung von Beprobungsstrategien in zukünftigen Studien und unterstützt die Interpretation der Isotopenwerte fossiler Pollen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass jede Art spezifische 13C- und 18O-Muster und Spannweiten innerhalb ihrer Pollenisotopenwerte aufweist und ihre Spektren zeigen Gradienten zwischen maritimen und kontinentalen Untersuchungsgebieten. Der Höheneffekt, eine Zunahme der Isotopenwerte mit der Höhe über NN, kann innerhalb der δ13C-, aber nicht innerhalb der δ18O-Werte von Picea abies Pollen nachgewiesen werden. Die δ13Cpollen- und δ18Opollen-Werte von Laubbaumarten, die vor dem Blattaustrieb blühten (Januar bis März), waren signifikant niedriger als die Isotopenwerte von Laubbäumen, die später im Frühjahr blühen (April bis Mai). Man geht davon aus, dass die Pollenisotopenwerte früh blühender Arten die Umweltbedingungen des vorangegangenen Herbstes und Winters widerspiegeln, während die Isotopenwerte anderer Arten die Bedingungen der laufenden Saison nach dem Wiederauftreten des Wachstums aufzeigen. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass saisonale Wetterrekonstruktionen mit den Pollenisotopenwerten verschiedener Arten durchführbar sind. Die Pollenisotopenwerte aller Arten variierten innerhalb der Sammelorte, und sie variierten auch signifikant zwischen verschiedenen Blütenpositionen an einem Baum und sogar innerhalb eines einzelnen Zweiges. Die zirkumferentielle Variabilität betrug bis zu 3.5‰ für δ13Cpollen und 2.1‰ für δ18Opollen. Die artenspezifische Pollenisotopenvariation zwischen den beiden aufeinanderfolgenden Jahren betrug durchschnittlich 1.0‰ für δ13C und 1.6‰ für δ18O und die Sauerstoffisotopenwerte änderten sich sogar signifikant während der letzten Stadien der Pollenreifung in der Blüte. Im Hinblick auf paläoklimatische Untersuchungen unterstreichen diese Ergebnisse die Notwendigkeit einer taxonomischen Trennung fossiler Pollen und der Analyse einer ausreichenden Menge an Pollenmaterial, um Interpretationsfehler als Folge von Ausreißern aufgrund der Blühposition oder einer ungewöhnlichen Herkunft der Pollen zu vermeiden. Ein standardisiertes chemisches Aufbereitungsprotokoll für moderne und fossile Pollenproben ist notwendig um die Reproduzierbarkeit der analytischen Ergebnisse zu verbessern, wenn fossile Pollenisotope zur Rekonstruktion der Klimabedingungen verwendet werden. Daher wurden die Auswirkungen von vier Chemikalien auf die δ13C- und δ18O-Werte moderner Pollenproben von acht häufig vorkommenden Baumarten untersucht und bewertet. Die Ergebnisse deuteten auf artspezifische und substanzspezifische Veränderungen der Pollenisotopenwerte hin. Kaliumhydroxid, Flusssäure und Natriumhypochlorit verändern die Kohlenstoff- und Sauerstoffisotopenwerte von Pollen in einem abschätzbaren Maße, sodass ihre Verwendung zur Aufbereitung von Pollenproben in zukünftigen Paläoklimastudien als unproblematisch eingestuft werden kann. Der Einsatz von Schwefelsäure hingegen sollte generell vermieden werden, da die Chemikalie die δ13Cpollen- und δ18Opollen-Werte mit einem sehr variablen Offset verändert. Das Ergebnis der umfangreichen Forschung zur Pollen-Isotopenvariabilität und zu deren Einflussfaktoren ist ein Beitrag zu der zukünftigen etablierten Anwendung der stabilen Isotopenanalyse von Pollen in paläoökologischen Untersuchungen. Offene Forschungsfragen zur Pollenisotopenanalyse in der Paläoklimaforschung bleiben bestehen. Eine tatsächliche Anwendung der Methode erfordert zusätzliche analytische Tests, insbesondere eine verbesserte Trenntechnik zur Extraktion fossiler Pollen mit einem minimalen Chemikalieneinsatz. Auch die Bestimmung wichtiger klimatologischer Einflussfaktoren, die die Kohlenstoff- und Sauerstoffisotopenwerte von Pollen definieren, ist notwendig. Die Möglichkeit, mehrere Methoden zur Analyse fossiler Pollen für eine Rekonstruktion von Klimabedingungen anwenden zu können, ist wertvoll. Daher verdient das Vorranbringen der Pollenisotopie-Methode weitere intensive Untersuchungen.

Description: Palaeoclimate reconstruction on the northern Tibetan Plateau resulted in a large spectrum of different and partly divergent interpretations for the climate evolution during the late glacial and the Holocene. In some cases this is caused by incomplete understanding of the geomorphological processes influencing the different proxies used. To overcome these limitations and to enhance the understanding of the complex process interactions in a sensitive and highly dynamical environment a detailed analysis of different members of the sedimentary system at Lake Heihai on the northern Tibetan Plateau was conducted. Lake level variations during the late Pleistocene were influenced by sediment supply to an alluvial fan. This sediment surplus resulted in the temporary blocking of the outflow of Lake Heihai. High sediment supply presumably occurred during or shortly after large glaciations in the Kunlun Shan. The spatial distribution of aeolian sediments revealed a strong relationship to possible source areas. This resulted in a spatially heterogeneous distribution of the aeolian sediments. Furthermore, topographic effects have an important influence on the preservation of the sediments. Aeolian sediments deposited in sheltered positions might not be comparable with other archives with a similar grain size. Nevertheless, deposition of loess during the mid-Holocene indicates a shift to wetter climate conditions on the northern Tibetan Plateau. This might be caused by the intrusion of the East Asian Summer monsoon into the area. During the late Holocene, the Asian summer monsoon retreated and aeolian sediments were reactivated.

Description: Applying probabilistic methods to infrequent but devastating natural events is intrinsically challenging. For tsunami analyses, a suite of geophysical assessments should be in principle evaluated because of the different causes generating tsunamis (earthquakes, landslides, volcanic activity, meteorological events, and asteroid impacts) with varying mean recurrence rates. Probabilistic Tsunami Hazard Analyses (PTHAs) are conducted in different areas of the world at global, regional, and local scales with the aim of understanding tsunami hazard to inform tsunami risk reduction activities. PTHAs enhance knowledge of the potential tsunamigenic threat by estimating the probability of exceeding specific levels of tsunami intensity metrics (e.g., run-up or maximum inundation heights) within a certain period of time (exposure time) at given locations (target sites); these estimates can be summarized in hazard maps or hazard curves. This discussion presents a broad overview of PTHA, including (i) sources and mechanisms of tsunami generation, emphasizing the variety and complexity of the tsunami sources and their generation mechanisms, (ii) developments in modeling the propagation and impact of tsunami waves, and (iii) statistical procedures for tsunami hazard estimates that include the associated epistemic and aleatoric uncertainties. Key elements in understanding the potential tsunami hazard are discussed, in light of the rapid development of PTHA methods during the last decade and the globally distributed applications, including the importance of considering multiple sources, their relative intensities, probabilities of occurrence, and uncertainties in an integrated and consistent probabilistic framework.

Description: Dataset

Description: Gas hydrates are naturally-occurring solid compounds of gas and water within almost all sediment-rich continental margins. Due to the large amounts of methane stored in submarine gas hydrates, they might serve as future reservoirs for offshore marine gas production. Assessing the reservoir characteristics requires reliable estimates of both the gas and gas hydrate concentration, which can be best addressed using geophysical and geological investigations. Here, we demonstrate the power of joint interpretation of interdisciplinary geophysical techniques and geological laboratory experiments. Regional 2D multichannel seismic data provide the broad overview of a hydrate-bearing area. High-resolution 2D and 3D seismic reflection data provide detailed images of two working areas, the buried S1 channel-levee system at 1500 m water depth (well within the gas hydrate stability zone) and a slope failure location, located at 665 m water depth (top limit of the hydrate formation) next to the S2 channel. Detailed compressional and shear wave (Vs) velocity-depth models were derived from four component ocean-bottom seismic data, the latter from P- to S-conversion upon reflection. Due to their steep reflection angles, shear wave events result in less resolved Vs models. Nevertheless, in case of a change in elasticity of the sediment matrix due to gas hydrate cementation, shear wave events can be used as an indicator. As such, Vs can give insight into the nature of hydrate formation throughout the GHSZ. We present new developments in the application of common reflection surface, normal-incidence-point tomography and full waveform inversion techniques to enhance model resolution for the seismic data sets. 2D and 3D controlled-source electromagnetic measurements provide volume information of the resistivity-depth distribution models. Electrical resistivity of the sediment formation depends on its porosity and the resistivity of the pore fluid. Gas hydrate and free gas generally have much higher electrical resistivities than saline pore fluid, and can be assessed using empirical relationships if the porosity and pore fluid salinity are known. Calibration with logging data, laboratory experiments on hydrate- or ice-bearing sediments, and resulting velocity and resistivity values, guide the joint interpretation into more accurate saturation estimations. Beyond that, a joint inversion framework supporting forward calculation of specialized geophysical methods at distributed locations is under development. In this paper, we summarize these individual components of a multi-parameter study, and their joint application to investigate gas hydrate systems, their equilibrium conditions and preservation of bottom-simulating-reflectors. We analyze data from two working areas at different locations and depth levels along the slope of the Danube Fan, which are both characterized by multiple bottom simulating reflectors indicating the presence of gas hydrate. In the first working area we located two depth windows with indications for moderate 16%–24% gas hydrate formation, but no vertical gas migration. In the second working area we observed fluid migration pathways and active gas seepage, limiting gas hydrate formation to less than 10% at the BSR. Some discrepancies remain between seismic-based and electromagnetic-based models of gas and gas hydrate distribution and saturation estimates, indicating that further in-situ investigations are likely required to better understand the gas hydrate systems at our study areas and to calibrate the inversion processes, which will be required for a joint inversion framework as well.

Description: Stable carbon and oxygen isotope ratios of raw pollen sampled from nine abundant tree species growing in natural habitats of central and northern Europe were investigated to understand the intra- and inter-specific variability of pollen-isotope values. All species yielded specific δ13Cpollen and δ18Opollen values and patterns, which can be ascribed to their physiology and habitat preferences. Broad-leaved trees flowering early in the year before leaf proliferation (Alnus glutinosa and Corylus avellana) exhibited on average 2.6‰ lower δ13Cpollen and 3.1‰ lower δ18Opollen values than broad-leaved and coniferous trees flowering during mid and late spring (Acer pseudoplatanus, Betula pendula, Carpinus betulus, Fagus sylvatica, Picea abies, Pinus sylvestris and Quercus robur). Mean species-specific δ13Cpollen values did not change markedly over time, whereas δ18Opollen values of two consecutive years were often statistically distinct. An intra-annual analysis of B. pendula and P. sylvestris pollen revealed increasing δ18Opollen values during the final weeks of pollen development. However, the δ13Cpollen values remained consistent throughout the pollen-maturation process. Detailed intra-individual analysis yielded circumferential and height-dependent variations within carbon and oxygen pollen-isotopes and the sampling position on a tree accounted for differences of up to 3.5‰ for δ13Cpollen and 2.1‰ for δ18Opollen. A comparison of isotope ranges from different geographic settings revealed gradients between maritime and continental as well as between high and low altitudinal study sites. The results of stepwise regression analysis demonstrated, that carbon and oxygen pollen-isotopes also reflect local non-climate environmental conditions. A detailed understanding of isotope patterns and ranges in modern pollen is necessary to enhance the accuracy of palaeoclimate investigations on δ13C and δ18O of fossil pollen. Furthermore, pollen-isotope values are species-specific and the analysis of species growing during different phenophases may be valuable for palaeoweather reconstructions of different seasons.

Description: The HSBB, which has been developed at PTB in recent years, is a new reference blackbody specifically designed for the calibration of infrared radiometers with a hemispherical acceptance angle such as pyrgeometers, IRIS or ACP instruments. The HSBB is a transportable reference instrument typically operated in the temperature range of ‑20 °C to 20 °C. Using the HSBB, it was recently possible to validate the traceability of the Tilted Bottom Cavity BB2007 operated at PMOD/WRC, the established worldwide reference for longwave downward radiation measurements. New measurements performed using the HSBB are reported in this work. To approve the applicability of the HSBB for future calibration of radiometers measuring longwave downward radiation, different measurements with varying operating parameters like detector distance or purge rate were performed in cooperation with the DWD. As a result of these measurements, improved calibration procedures have been developed and different opening angles of the investigated radiometers have been identified.Clinical infrared ear thermometers also have large opening angles. As the calibration and testing of these devices is strictly regulated in most countries, high-quality reference blackbodies are required. At PTB, the suitability of the HSBB to act as a reference blackbody for ear thermometer testing has been validated, which is a further critical test for its applicability.An additional HSBB with an advanced CNT-based coating has also been put into operation. Direct comparison measurements were successfully performed between both HSBBs. Activities related to the HSBB took place within a Metrology for Earth Observation and Climate (MetEOC) project.

Description: Biological soil crusts (biocrusts) composed of cyanobacteria, bacteria, algae, fungi, lichens, and bryophytes stabilize the soil surface. This effect has mainly been studied in arid climates, where biocrusts constitute the main biological agent to stabilize and connect soil aggregates. Besides, biocrusts are an integral part of the soil surface under Mediterranean and humid climate conditions, mainly covering open spaces in forests and on denuded lands. They often develop after vegetation disturbances, when their ability to compete with vascular plants increases, acting as pioneer communities and affecting the stability of soil aggregates. To better understand how biocrusts mediate changes in soil aggregate stability under different climate conditions, we analyzed soil aggregate samples collected under biocrust communities from four national parks in Chile along a large climatic gradient ranging from (north to south) arid (Pan de Azúcar, PA), semi-arid (Santa Gracia, SG), Mediterranean (La Campana, LC) to humid (Nahuelbuta, NA). Biocrust communities showed a stabilizing effect on the soil aggregates in dry fractions for the three northern sites and the wet aggregates for the southernmost site. Here, permanent vascular plants and higher contents of organic carbon and nitrogen in the soil control aggregate stability more than biocrusts, which are in intense competition with higher plant communities. Moreover, we found an increase in stability for aggregate size classes 〈2.0 and 9.5–30.0 mm. The geometric mean diameter of the soil aggregates showed a clear effect due to the climatic gradient, indicating that the aggregate stability presents a log-normal instead of a normal distribution, with a trend of low change between aggregate size fractions. Based on our results, we assume that biocrusts affect the soil structure in all climates. Their role in aggregate stability is masked under humid conditions by higher vegetation and organic matter contents in the topsoil. Published by

Description: The microbiota is attributed to be important for initial soil formation under extreme climate conditions, but experimental evidence for its relevance is scarce. To fill this gap, we investigated the impact of in situ microbial communities and their interrelationship with biocrust and plants compared to abiotic controls on soil formation in initial arid and semiarid soils. Additionally, we assessed the response of bacterial communities to climate change. Topsoil and subsoil samples from arid and semiarid sites in the Chilean Coastal Cordillera were incubated for 16 weeks under diurnal temperature and moisture variations to simulate humid climate conditions as part of a climate change scenario. Our findings indicate that microorganism-plant interaction intensified aggregate formation and stabilized soil structure, facilitating initial soil formation. Interestingly, microorganisms alone or in conjunction with biocrust showed no discernible patterns compared to abiotic controls, potentially due to watermasking effects. Arid soils displayed reduced bacterial diversity and developed a new community structure dominated by Proteobacteria, Actinobacteriota, and Planctomycetota, while semiarid soils maintained a consistently dominant community of Acidobacteriota and Proteobacteria. This highlighted a sensitive and specialized bacterial community in arid soils, while semiarid soils exhibited a more complex and stable community. We conclude that microorganism-plant interaction has measurable impacts on initial soil formation in arid and semiarid regions on short time scales under climate change. Additionally, we propose that soil and climate legacies are decisive for the present soil microbial community structure and interactions, future soil development, and microbial responses.