Recent and fossil phytoplankton pigments in Lake Baikal as markers for community structure and environmental changes

Abstract

Der Baikalsee ist der älteste, tiefste und größte (gemessen am Volumen) See der Welt, mit über 1500 endemischen Arten. Er wurde 1996 zum UNESCO Weltnaturerbe deklariert; doch auch dieses einzigartige Ökosystem könnte in Zukunft durch anthropogen bedingte Klimaänderungen und Nährstoff-Einträge gefährdet sein. Rezente und fossile Phytoplankton-Pigmente werden immer häufiger in Monitorings genutzt, um aktuelle und historische Änderungen der Phytoplankton-Produktivität und –Zusammensetzung zu bestimmen, welche Änderungen von klimatischen und anderen Umweltbedingungen anzeigen. Dennoch wurden im Baikal bislang keine rezenten und nur in wenigen Studien fossile Phytoplankton-Pigmente untersucht. Drei Hauptaspekte wurden in dieser Arbeit untersucht: (1) die Phytoplnkton und Phytoplankton-Pigment Verteilung in der euphotischen Zone, (2) deren Sedimentation zum Seeboden und Degradierung im oxischen Oberflächensediment, und (3) Änderung der fossilen Pigmente während des Holozäns (seit 10.000 Jahren) und der vorangegangenen Warmzeit (vor 129.000-117.000 Jahren). Schlussfolgernd läßt sich sagen, dass Pigment-basierte Analysen im Baikal verlässliche Aussagen über rezente und historische Phytoplankton-Variationen ermöglichen, welche durch Umwelteinflüsse (natürlichen oder menschlichen Ursprungs) induziert werden. Im Rahmen des EU-Projekts CONTINENT und des Langzeit-Monitorings der Staatlichen Universität Irkutsk werden die Ergebnisse zur Phytoplankton-Entwicklung seit der letzten Warmzeit bis zum Beginn des 21. Jahrhunderts den lokalen Naturschutz und globale Klimastudien unterstützen.

Lake Baikal is the World´s oldest, deepest and largest (by volume) lake and contains over 1,500 endemic species. Since 1996, after becoming a UNESCO World Heritage Area, the effects of global warming and local anthropogenic eutrophication on its unique ecosystem become a subject of international discussion. Recent and fossil phytoplankton pigments are being increasingly used to monitor recent and past responses of the phytoplankton composition and productivity to changes of climatic and other environmental conditions in aquatic systems. However, phytoplankton pigments were not yet investigated in the water column of Lake Baikal and only little in its sediment. Three main aspects were investigated in this thesis: (1) the distribution of phytoplankton and phytoplankton pigments in the euphotic zone, (2) its sedimentation through the water column and preservation within the oxidised surface sediment, and (3) variation of fossil phytoplankton pigments in the pristine lake during Holocene (since 10,000 years ago) and last interglacial (129,000-117,000 years ago). Taken together, pigment-based analyses were shown to accurately reflect phytoplankton variation caused by environmental changes of natural or human origin in Lake Baikal. In conjunction with the EU project CONTINENT and the long-term monitoring in Irkutsk, the phytoplankton development determined from the last interglacial up until the early 21st century will be used for future research of climate changes as well as for the Lake Baikal’s protection.