Climate of Central Asia between ~31 and 20 cal ka BP inferred from the stable isotope record of Lake Karakul.

Abstract

The timing of the Last Glacial Maximum (LGM) in Central Asia has been a widely contested subject with several studies dating the LGM to have occurred between 28 to 12 ka BP. With the use of stable isotope data from two sediment profiles collected from Lake Karakul (Tajikistan), this study explores the climatic and limnological changes between 30.9 and 19.9 cal ka BP in order to determine the coldest period of the LGM and its relationship with Central Asia and the Northern Hemisphere. Lake Karakul is a brackish water lake that has been of increased focus in recent years. With published data from Heinecke et al. (2017a), oxygen and carbon stable isotopes from the sediment core from Lake Karakul were compared with additional proxies including grain-size distribution data, x-ray fluorescence (XRF) data, total carbon content (organic and inorganic) and pollen percentages. The stable isotope signals and proxies allowed for interpretation of changes in aridity and freshwater input, variations in lake level and bio-productivity which could give indications as to changes in temperature. The δ18OAuthCarb values range from -7.93‰ and 0.56‰ and the average value is -4.1‰. The δ13CAuthCarb values range from 0.3‰ and 5.1‰ with an average value is 2.8‰. The results indicate that between 30.9 and 29.1 cal ka BP, aridity was high with an assumed small increase in temperature. From 26.8 to 25.6 cal ka BP, proxy analysis indicates the transition from a highly arid and warm environment to lower temperatures alongside the influx of aeolian dust, a possible indication of the influence from a dry airmass. During the period between 25.6 and 23.8 cal ka BP, temperatures increased alongside fluvial input from glacial meltwater and precipitation, highlighting the strengthening input of the Westerlies over the Pamir. The climate in 23.8 to 23.3 cal ka BP is assumed to be significantly variable with intermittent periods of high aridity to a wetter environment with high temperatures, separated by intervals of colder temperatures. This suggests a change in climate not seen in other periods throughout this study suggesting the transition from a warmer and wetter climate to a cold and arid one. Proxies between 23.3 and 19.9 cal ka BP are characterised by a significant decrease in temperatures and high aridity throughout this section. Little oscillation in proxy data indicates that this period highlights the onset of the LGM at Lake Karakul. Correlations can be drawn from information on both Central Asian monsoonal intensity (influenced by summer insolation) and assumed temperature variations from the North Atlantic. The most significant of these conclusions is in relation to the onset of the LGM. Interpretations suggest that the LGM occurred much earlier in monsoonal Central Asia rather than arid environments such as Lake Karakul that are influenced by the Westerlies. This study infers that the LGM at Lake Karakul coincides with the onset of the LGM in the North Atlantic, giving strong evidence that the LGM in Central Asia occurs at a local level rather and is possibly asynchronized between regions.

Tímasetning hámarks síðasta jökulskeiðs (Last Glacial Maximum - LGM) í Mið-Ásíu er umdeild, en sumar rannsóknir gefa til kynna að hámarkið hafi verið á milli 28 og 12 NB. Hér eru notaðar stöðugar samsætur úr tveimur setkjörnum frá botni Karakulvatns í Tadsjikistan, til að rannsaka loftslags- og vatnalífræðilegar breytingar á milli 30,9 og 19,9 cal ka BP, ákvarða hámark LGM og tengsl þess við Mið-Asíu og Norðurhvel jarðar. Karakulvatn er ísalt vatn sem hefur verið í brennidepli á undanförnum árum. Í birtum gögnum frá Heinecke et al. (2017a), voru súrefnis- og kolefnisstöðugar samsætur úr sedimentkjarna frá Karakulvatni bornar saman við aðra loftslagsstika meðal annars dreifing um kornastærðar, röntgenflúrljómun (XRF), heildar kolefnisinnihald (lífrænt og ólífrænt) og frjókornshlutfall. Stöðugar samsætur og aðrar mælingar voru nýttar til þess að túlka breytingar á úrkomu, ferskvatnsinntaki, vatnshæð og lífríki sem tengjast breytingum á hitastigi. δ18OAuthCarb gildi eru á frá -7,93‰ til 0,56‰ og meðalgildi er -4,1‰. δ13CAuthCarb gildin eru á bilinu 0,3‰ og 5,1‰ með meðalgildi 2,8‰. Niðurstöðurnar benda til þess að á milli 30,9 og 29,1 NB voru miklir þurrkar ásamt lítilli hækkun hitastigs. Frá 26,8 til 25,6 NB sýnir greining loftslagsstika umskipti frá mjög þurru og hlýju umhverfi til lægra hitastigs ásamt innflæði vindborins sets, sem bendir til þurrs loftmassa. Á tímabilinu milli 25,6 og 23,8 NB jókst hitastig ásamt jökulseti og úrkomu, sem stafar væntanlega af öflugra loftstreymi úr vestri, yfir Pamir fjöllin. Loftslagið frá 23,8 til 23,3 NB virðist hafa verið verulega breytilegt þar sem ríkti á víxl þurr og köld tímabil skiptust á þurrkum yfir í heitari og blautari tímabil. Þetta bendir til þess að loftslagsbreytingar hafi átt sér stað sem ekki hafa sést í öðrum tímabilum í þessari rannsókn sem bendir til þess að umskipti hafi verið frá hlýrra og blautara loftslagi til kaldara og þurrts loftslags. Loftslagsstikar milli 23,3 og 19,9 NB einkennast af verulegum lækkunum á hitastigi og miklum þurrki. Lítill sveifla í loftslagsstikum gefur til kynna að þetta tímabil sé upphaf LGM á Karakulvatni. Hægt er að sjá fylgni í hitastigi, ágeislun sólar í Mið-Asíu og áætlað hitastig í Norður-Atlantshafi. Mikilvægast af þessum niðurstöðum er upphaf LGM. Túlkanir hér benda til þess að LGM hafi orðið miklu fyrr í þeim hluta Mið-Asíu þar sem veðurfar ræðst af monsúnvindum frekar en í þurru umhverfi eins og við Karakulvatn þar sem veðurfar ræðst af vestlægum vindum. Rannsóknin leiðir í ljós að LGM við Karakulvatn er í samræmi við upphaf LGM á Norður-Atlantshafi og gefur sterkar vísbendingar um að LGM í Mið-Asíu sé staðbundin og á mismunandi tímum milli svæða.