Studies on late Quaternary environmental dynamics (vegetation, biodiversity, climate, soils, fire and human impact) on Mt Kilimanjaro
by Lisa Schüler
Date of Examination:2012-12-05
Date of issue:2013-09-10
Advisor:Prof. Dr. Hermann Behling
Referee:Prof. Dr. Hermann Behling
Referee:PD Dr. Andreas Hemp
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Name:Diss_Lisa Schüler.pdf
Size:16.9Mb
Format:PDF
Description:Dissertation
Abstract
English
Sediments of buried soils from different key areas at Mt Kilimanjaro are studied to reconstruct former and to predict future landscape dynamics on Mt Kilimanjaro. This contributes to a better understanding of local and regional ecosystems, climate, fire and soil dynamics in a larger context, ecosystem dynamics and their reaction on environmental changes, connections and disjunctions of different ecosystems and their role for the development of the biodiversity hot spots in East Africa. Mt Kilimanjaro represents one of the global centres of vascular plant diversity. It is one of the most biodiverse regions on earth. Despite the innate value and importance of the existing ecosystems, we are confronted with the progressing endangerment of these largely unexplored habitats. The implementation of palaeoenvironmental studies is crucial since past processes play a major role in the development of ecosystems and biodiversity. In the present study, investigations of late Quaternary vegetation, climate and fire dynamics are carried out in order to gain a deeper understanding of modern and future ecosystem dynamics. Palynological and multi-proxy analyses of two sediment records are used to reconstruct past vegetation dynamics and to reveal influencing factors. The pollen, charcoal and sedimentological record from the Maundi Crater, located at 2780 m elevation on the south-eastern slope of Mt Kilimanjaro, is one of the longest terrestrial records in equatorial East Africa, giving an interesting insight into the vegetation and climate dynamics back to the early last Glacial period. The WeruWeru pollen record from a montane forest site at 2650 m provides detailed reconstruction of the vegetation response to environmental changes during the Late Glacial and the Holocene. Our results suggest that past climate change caused the vegetation belt to shift along the elevational gradient. The pollen archives reveal shifts in the upper vegetation zones (ericaceous zone and montane forest zone) of at least 1100 m but underline the role of Mt Kilimanjaro as a glacial refuge for montane forest species similar to that of the Eastern Arc Mountains. Fire played an important role in controlling the development and elevation of the ericaceous zone and the tree line around Maundi crater. During the Holocene no anthropogenic impact can be observed, since neither higher fire activity nor a spread of hemerophilic plants is recorded. The modern pollen-rain study along the elevational gradient on Mt Kilimanjaro reveals that it is crucial to establish a modern pollen-rain – vegetation relationship for the calibration and interpretation of a fossil pollen record from a mountain site. The results facilitate the confident use of fossil pollen data to reconstruct more precisely potential vegetation and its dynamics in East African montane forests and also to refine past climate reconstructions in this region for a more accurate comparison of data and modelling.
Keywords: palaeoecology; palynology; Africa; vegetation; climate; Glacial; Holocene; pollen; modern pollen rain; montane; Tropical mountains
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Zur Rekonstruktion der jungquartären Landschaftsentwicklung am Kilimanjaro werden Sedimente aus Paläoböden am Mt Kilimanjaro untersucht, um die lokale und regionale Ökosystem-, Klima-, Feuerdynamik in einem größeren Rahmen zu verstehen. Desweiteren soll die Reaktion der Ökosysteme auf Umweltveränderungen erforscht werden, um die Beziehungen verschiedener Ökosysteme und ihre Rolle hinsichtlich der Entwicklung von „Biodiversity Hot Spots“ in Ostafrika aufzudecken. Die Ergebnisse tragen zu einem besseren Verständnis der heutigen und zukünftigen Dynamik von Ökosystemen bei. Sie sind außerdem eine wichtige Grundlage im Naturschutz, da sie bedeutende Informationen für die Aufrechterhaltung und das Management der hohen Biodiversität in den ostafrikanischen Hochländern liefern.
Die Durchführung von paläoökologischen Untersuchungen ist unerlässlich, da die Prozesse der Vergangenheit eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der Ökosysteme und Biodiversität spielen. Die vorliegende Arbeit erforscht die spätquartäre Vegetation-, Klima- und Feuerdynamik am Kilimanjaro, um das Verständnis der dortigen Ökosystem zu vertiefen. Sowohl Pollen als auch weitere Klima-Proxies von zwei Sedimentkernen werden analysiert, um die Vegetationsdynamik vom frühen Spätglazial bis heute zu rekonstruieren und die jeweiligen Einflußfaktoren aufzudecken. Die Ergebnisse vom Maundi Krater, welcher auf 2780 m Höhe am südostlichen Hang des Kilimanjaros gelegen ist, stellen eines der längsten, terrestrischen Klimaarchive im tropischen Ostafrika dar, und ermöglichen den Einblick in fast 100 000 Jahre Vegetations- und Klimageschichte. Das WeruWeru Paläobodenprofil aus dem montanen Waldgürtel am Kilimanjaro ermöglicht die detaillierte Rekonstruktion der Reaktionsdynamik der Vegetation auf Veränderungen in der Umwelt. Die Ergebnisse beider Untersuchungen zeigen, dass Klimaveränderungen zu einer Verschiebung der montanen Vegetationsgürtel entlang des Höhengradienten des Mt Kilimanjaro geführt haben. Das Pollenarchiv des WeruWeru Profils dokumentiert starke Veränderungen in den höchsten Vegetationgürteln, dem Erikagürtel und dem oberen montanen Wald. Trotz markanter Klimaveränderungen scheint Mt Kilimanjaro aber auch als eiszeitliches Refugium für Waldarten gedient zu haben. Feuerereignissen spielten hinsichtlich der Ausbildung des Erikagürtels eine entscheidende Rolle. Hinweise auf verstärkte menschliche Aktivitäten können an keinem der beiden Untersuchungsstandorte festgestellt werden.
Die Pollenregen-Studie entlang des Höhengradienten am Kilimanjaro zeigt, dass es sehr entscheidend ist, die quantitative Beziehung zwischen Pollen-Niederschlag und moderner Vegetation zu untersuchen, um die Rekonstruktionen der Vergangenheit zu kalibrieren. Die Ergebnisse ermöglichen eine weitaus präzisere Interpretation der Vegetations- und Klimarekonstruktionen im tropischen Ostafrika.
Schlagwörter: Paläoökologie; Pollen; Palynologie; Afrika; Vegetation; Holozän; Klima; Glazial; tropische Berge; Pollenregen