A Geoscientist Approach to Palaeoclimate Reconstruction Based on Pollen Analysis of Lake Deposits; Problems and Solutions

Abstract

Lakes contain sediments rich in organic material where pollen analysis and palaeoclimate studies can ideally be carried out. Lakes provide a habitat for many organisms, where the pollen grains are best preserved, and lake sediments also offer an archive where climatic and environmental changes are preserved. In order to make a palaeoclimatic reconstruction based on pollen analysis, the study area needs to be investigated in detail from a geological, biological, and archaeological point of view. This study aims to present a methodological perspective to researchers who want to conduct paleoclimate reconstruction through pollen analysis. The geological structure of the region, its volcanic activity, archaeological history and the effects of the structural elements of the lake floor on the changes in the pollen diagrams are described in detail by the proposed method of this study .

For this purpose, the data from studies carried out in the lakes at a close distance to each other (Eastern Anatolian plateau high altitude lakes) and the terrace deposits of Lake Van were examined under the headings of volcanic activity, human impact, sedimentation ratio and structural characteristics of the lake floor to reveal the differences. According to the results, before performing a paleoclimate reconstruction,identification of the deposit packages, local vegetative changes and current flora, the structural elements of the lake floor, human impact and volcanism should be investigated first of all under separate headings.

Keywords

• Eastern Anatolia
• Human impact
• Lake Van
• Palaeoclimate reconstruction
• Pollen analysis

Project Number

MİM-B-075

Göl Çökellerinde Polen Analizine Dayalı Paleoiklim Rökonstriksüyonu için Yerbilimci Bir Yaklaşım; Sorunlar ve Çözümler

Abstract

Göller, polen analizlerinin ve paleoiklim araştırmalarının ideal olarak yapılabildiği, organik malzeme bakımından zengin çökeller içermektedir. Birçok organizmaya yaşam alanı sunan göller, polenlerin en iyi korunabildiği ortamlardır ve göl çökelleri, iklimsel ve ortamsal değişimlerin korunduğu bir arşiv özelliği sunmaktadır.Polen analizlerine dayalı palaeoiklim rökonstrüksiyonu yapmak için, çalışma alanının jeolojik, biyolojik ve arkeolojik açıdan detaylı bir şekilde araştırılması gerekmektedir. Bu çalışmanın amacı, polen analizi üzerinden paleoklim rökonstriksüyonu yapmak isteyen araştırmacılara metodolojik bir perspektif sunmaktır. Çalışma kapsamında önerilen yöntem ile paleoiklim çalışmalarında, bölgenin jeolojik yapısı, volkanik aktivitesi, arkeolojik geçmişi ve göl tabanının yapısal unsurlarının polen diyagramlarındaki değişimlere olan etkileri ayrıntılı olarak anlatılmıştır.

Bu amaç doğrultusunda, bugüne kadar, birbirine yakın mesafeli göllerde (Doğu Anadolu platosu yüksek rakım gölleri) ve Van Gölü’nün taraçalarında yapılan çalışmalardan elde edilen veriler bu farklılığın ortaya konması açısından volkanik aktivite, insan etkisi, çökel hızı ve göl tabanının yapısal özellikleri başlıkları altında irdelenmiştir. Elde edilen sonuçlara göre, paleoiklim rökonstriksüyonu yapmadan önce, öncelikli olarak;istif paketlerinin tanımlanması, yerel bitkisel değişimler ve güncel flora, göl tabanının yapısal unsurları, insan etkisi ve volkanizma ayrı başlıklar halinde araştırılmalıdır.

Keywords

• Doğu Anadolu
• İnsan etkisi
• Paleoiklim rekonstrüksiyonu
• Polen analizi
• Van Gölü

Supporting Institution

Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi

Project Number

MİM-B-075

Thanks

Bu çalışmanın göl çökelleri ile ilgili kısmı, Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi Bilimsel Araştırma Projeleri Koordinasyon birimi tarafından MİM-B-075 numaralı proje tarafından desteklenmiştir. Arazi çalışmaları sırasında yardımlarından dolayı, Doç. Dr. Serkan Üner’e, jeoloji yüksek mühendisi Banu Öner’e ve jeoloji mühendisi Erdal Baran’a teşekkür ederim.

References

1. Acarlar, M., Bilgin, E., Elibol, E., Erkal., T., Gedik, İ., Güner, E., Hakyemez, Y., Şen, A. M., Oğuz, M. F. ve Umut, M. (1991). Van Gölü Doğu ve Kuzeyinin Jeolojisi (Rapor No:9469). MTA Genel Müdürlüğü Jeoloji Etüt Dairesi Yayını (yayımlanmamış).
2. Akcar, N. & Schlüchter, C. (2005). Paleoglaciations in Anatolia: a schematic review and first results. Eiszeitalter und Gegenwart. Quaternary Science Journal 55, 102–121.
3. Akkiraz, M. S., Nazik, A., Özgen Erdem, N. & Durak, S. D. (2022). First micropalaeontological record from the early and middle Eocene Mamuca Formation of the Dümrek Basin, western Central Anatolia, Turkey: Biostratigraphy, depositional history and palaeoclimate. Journal of Asian Earth Sciences, 224 (2022), Article 105036.
4. Alan, H., Bozkurt, E., Çağlan, D., Dirik, K., Özkaymak, Ç., Sözbilir, H., & Topal, T. (2011). Van Depremleri (Tabanlı-Edremit) Raporu Kasım 2011. TMMOB Jeoloji Mühendisleri Odası Yayını, No 110. Ankara, 60 pp. https://www.jmo.org.tr/resimler/ekler/1461f966ce57540_ek.pdf
5. Atalay, İ. (1997). Türkiye Coğrafyası. Ege Üniversitesi Yayınları.
6. Barlas Şimşek, F. (2015). Late Holocene high resolution multi-proxy climate and environmental records from Lake Van [Unpublished PhD Thesis]. İTÜ Avrasya Yer Bilimleri Enstitüsü 176 p.
7. Behre, K. E. (1990). Some reflections on anthropogenic indicators and the record of prehistoric occupation phases in pollen diagrams from the Near East. In S. Bottema, G. Entjes-Nieborg & W. van Zeist, (Eds.), Man’s Role in the Shaping of the Eastern Mediterranean Landscape (219-230).
8. Behre, K. E. (1981). The interpretation of anthropogenic indicators from pollen diagrams. Pollen et Spores, 23, 225–245.

9. Bıçakçı, A., Altunoğlu, M. K., Tosunoğlu, A., Çelenk, S., Canıtez, Y., Malyer, H. ve Sapan, N. (2009). Türkiye’de Oleaceae familyasına ait allerjenik Olea (zeytin ağacı) ve Fraxinus (dişbudak ağacı) polenlerinin havadaki dağılımları. Astım Alerji İmmünoloji, 7, 133-146.
10. Biltekin, D. (2018). Late Pleistocene-Holocene environmental change in eastern Turkey: multiproxy palaeoecological data of vegetation and lake-catchment changes. Journal of Quaternary Science, 33(5), 575-585.
11. Biltekin, D., Eriş, K. K., Çağatay, M. N., Akçer-Ön, S. & Akkoca, D. B. (2018). Late Pleistocene-Holocene environmental change in eastern Turkey: a multiproxy palaeoecological data of vegetation and lake-catchment changes. Journal of Quaternary Science, 33(5) 575-585.
12. Biltekin, D., Eriş, K. K. & Bulut, S. (2021). Anthropogenic influences and climate changes in Lake Hazar (eastern Turkey) during the Late Holocene. Quaternary International, 583, 70–82.
13. Bottema, S. (1975). A Pollen Diagram from the Syrian Anti Lebanon. Paleorient 3, 259-268.
14. Bottema, S. (1986). A Late Quaternary Pollen Diagram From Lake Urmia (Northwest Iran). Review of Palaeobotany and Palynology, 47, 241-261.
15. Bottema, S. (1995). Holocene vegetation of the Van area: palynological and chronological evidence from Söğütlü, Turkey. Vegetation History and Archaeobotany, 4, 187-193.
16. Çukur, D., Krastel, S., Demirel-Schlüter, F., Demirbağ, E., Imren, C., Niessen, F. & Toker, M. (2013). Sedimentary evolution of Lake Van (Eastern Turkey) reconstructed from high-resolution seismic investigations. International Journal of Earth Sciences, 102, 571-585.
17. Çukur, D., Krastel, S., Tomonaga, Y., Schmincke, H.-U., Sumita, M., Meydan, A.F., Çağatay, M.N., Toker, M., Kim, S.-P. & Kong, G.-S. (2016). Structural characteristics of the Lake Van Basin, eastern Turkey, from high-resolution seismic reflection profiles and multibeam echosounder data: geologic and tectonic implications. International Journal of Earth Sciences (Geologische Rundschau), 106, 239-253.
18. Djamali, M., de Beaulieu, J.-L., Shah-Hosseini, M., Andrieu-Ponel, V., Amini, A., Akhani, H., Leroy, S.A.G., Stevens, L., Alizadeh, H., Ponel, P. & Brewer, S. (2008). An Upper Pleistocene long pollen record from the Near East, the 100 m-long sequence of Lake Urmia, NW Iran. Quaternary Research, 69, 413-420.
19. Donner, J. & Çolak, A. H. (Editör) (2007). Türkiye Bitkileri yayılış Haritaları. 2. 975-6221-22-4, İstanbul.
20. Eastwood, W. J., Roberts, N., Lamb, H. F. & Tibby, J. C. (1999). Holocene Environmental Change in Southwest Turkey: a palaeoecological record of lake and catchment-related changes. Quaternary Science Reviews, 18, 671-695.
21. Ediger, V. Ş. (1986). Sieving techniques in palynological sample processing with special reference to the MRA system. Micropaleontology, 32(3), 256-270.
22. Eken, G., Bozdoğan, M., İsfendiyaroğlu, S., Kılıç, D. T., & Lise, Y. (Editörler) 2006. Türkiye’nin Önemli Doğa Alanları. Doğa Derneği, Ankara.
23. Göncüoğlu, M. C. ve Turhan, N. (1985). Bitlis Metamorfik kuşağı orta bölümünün temel jeolojisi. Rapor no 7707). M.T.A. Raporu.
24. İnceoğlu, Ö. ve Pehlivan, S. (1987). İç Anadolu Bölgesindeki Tuz Gölü Kuvaterner Tabakalarında Palinolojik Bir Araştırma. DOĞA TU Botanik D. 56-85.
25. Kamar, G. (2018a). Palynology of Lake Arin (Eastern Anatolia, Turkey) deposits and its relation with water level change of Lake Van: Preliminary findings. Quaternary International, 486, 83-88.
26. Kamar, G. (2018b). Nazik Gölü (Bitlis, Türkiye) Güneybatısından Alınan N3 Karotunun Palinolojik İlk Bulguları. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, 23(3), 291-296.
27. Kamar, G. (2021). Holocene Palynology and Pollen-Based Palaeoclimate Reconstruction of Lake Erçek (Eastern Anatolia); Short-Term Climatic Fluctuations and their Relation with Global Palaeoclimatic Change; Results of Cores E1 and E10. Geological Bulletin of Turkey, 64 (3), 253-266. https://doi.org/10.25288/tjb.927117
28. Kaplan, G. (2010). Van Gölü Kuzey Havzası’nın Geç Holosen Palinolojisi [Yayımlanmamış Doktora tezi]. Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Van, 234s.
29. Kaplan, G. (2013). Palynological analysis of the Late Pleistocene terrace deposits of Lake Van, eastern Turkey: Reconstruction of paleovegetation and paleoclimate. Quaternary International, 292, 168-175.
30. Karlıoğlu Kılıç, N., Caner, H., Rauh, N. K., Akkemik, Ü., Köse, N. & Conor E. M. (2016). Palynological evidence for human occupation in western Rough Cilicia South West Turkey. Quaternary International, 401, 109–122.
31. Karlıoğlu Kılıç¸ N., Caner, H., Erginal, A. E., Ersin, S., Selim, H. H. & Kaya, H. (2018). Environmental changes based on multi-proxy analysis of core sediments in Lake Aktaş, Turkey, Preliminary results. Quaternary International, 486, 89–97.
32. Karlıoğlu Kılıç, N. & Ersin, S. (2019). Determination of Late Holocene Vegetation of Lake Aktaş and Its Surrounding Area by Palynological Analysis. Comptes rendus de l’Acade‘mie bulgare des Sciences, 72(1) 100-106.
33. Kempe, S., Landmann, G., & Müller, G. (2002). A floating varve chronology from the last glacial maximum terrace of Lake Van/Turkey. Zeitschrift für Geomorphologie, 126, 97-114.
34. Keskin, M. (2003). Magma generation by slab steepening and breakoff beneath a subductionaccretion complex: An alternative model for collision-related volcanism in Eastern Anatolia, Turkey. Geophysical Research Letter, 30(24), 8046-8050.
35. Keskin, M. (2007). Eastern Anatolia: A hot spot in a collision zone without a mantle plume. GSA Special Paper, 430, 695-722.
36. Litt, T., Krastel, S., Sturm, M., Kipfer, R., Örcen, S., Heumann, G., Franz, S. O., Ülgen, U. B. & Niessen, F. (2009). ‘PALEOVAN’, International Continental Scientific Drilling Program (ICDP): site survey results and perspectives. Quaternary Science Reviews, 28, 1555–1567.
37. Litt, T., Pickarski, N. & Heumann, G. (2014). A 600,000 Year Long Continental Pollen Record from Lake Van, Eastern Anatolia (Turkey). Quaternary Science Reviews, 104, 30-41.
38. Ocakoğlu, F., Akkiraz, M. S. (2019). Lower Pleistocene to Holocene terrestrial record from the Eskişehir Graben (Central Anatolia): Paleoclimatic and morphotectonic implications. Quaternary International, 510(2019) 88–99.
39. Oyan, V. (2004). Bölükyazı-Hizan (Bitlis Masifi) Çevresindeki Na-Feldispat Oluşumlarının Jeolojik Özellikleri ve Ekonomik Önemi [Yayımlanmamış, Yüksek Lisans tezi]. Y.Y.Ü Fen Bilimleri Enstitüsü, Van.
40. Oyan, V., Ünal, E., Tolluoğlu, A.Ü. & Keskin, M. (2007). Volcanostratigraphic and Petrologic Properties of the Etrüsk Stratovolcano, SE Turkey. The 2nd International Scientific Conference of Young Scientists and Students, “New Directions of Investigations in Earth Sciences” (pp. 63-64). October 08-09, Baku, Azerbaijan.
41. Öner, B. (2019). Aygır Gölü (Doğu Anadolu, Türkiye) Taban Çökellerinin Palinolojisi [Yayımlanmamış, Yüksek Lisans tezi]. Van Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
42. Özdemir, Y., Karaoğlu, Ö., Tolluoğlu, A. Ü. & Güleç, N. (2006). Volcanostratigraphy and petrogenesis of the Nemrut stratovolcano (East Anatolia High Plateau): The most recent post-collisional volcanism in Turkey. Chemical Geology, 226, 189-211.
43. Pickarski, N., Kwiecien, O., Djamali, M. & Litt, T. (2015). Vegetation and environmental changes during the last interglacial in eastern Anatolia (Turkey): a new high-resolution pollen record from Lake Van. Palaeogeography Palaeoclimatology Palaeoecology, 435, 145–158.
44. Roberts, N. (1998). The Holocene, Second Edition. Blackwell, USA. 316 p.
45. Roberts, N., Reed, J. M., Leng, M. J., Kuzucuoğlu, C., Fontugne, M., Bertaux, J., Woldring, H., Bottema, S., Black, S., Hunt E. & Karabıyıkoğlu, M. (2001). The Tempo of Holocene Climatic Change in the Eastern Mediterranean Region: New High-Resolution Crater-Lake Sediment Data From Central Turkey. The Holocene, 11(6), 721-736.
46. Seçmen, Ö., Gemici, Y., Görk, G., Bekat, L. & Leblebici, E. (2004). Tohumlu Bitkiler Sistematiği, 7. baskı. Ege Üniversitesi Fen Fakültesi Kitaplar Serisi No:16. 394 s.
47. Şengör, A. M. C. & Kidd, W. S. F. 1979. Post collisional tectonics of the Turkish-Iranian plateau and a comparison with Tibet. Tectonophysics, 55, 361-376.
48. Şengör, A. M. C., Özeren, S., Keskin, M., Sakınç, M., Özbakır, A. D., & Kayan, I. (2008). Eastern Turkish high-plateau as a small Turkish type orogen: Implications for post-collisional crustforming processes in Turkic type orogens, Earth sciences Reviews, 90, 1-48.
49. Şengün, M. (1984). Bitlis Masifi Tatvan güneyinin jeolojik/petrografik incelenmesi [Yayımlanmamış, Doktora tezi]. Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Ankara.
50. Tatlı, A. (2004). Türkiye Vejetasyonu, 2. Baskı. Kütahya. 142 s.
51. Toker, M., Pınar, A. & Tur, H. (2017). Source mechanisms and faulting analysis of the aftershocks in the Lake Erçek area (Eastern Anatolia, Turkey) during the 2011 Van event (Mw 7.1): implications for the regional stress field and ongoing deformation processes. Journal of Asian Earth Science, 150, 73–86.
52. Toker, M. & Tur, H., (2018). Structural patterns of the Lake Erçek Basin, Eastern Anatolia (Turkey): evidence from single-channel seismic interpretation. Marine Geophysical Research, 39, 567-588.
53. Ülgen, U. B., Franz, S. O., Biltekin, D., Cagatay, M. N., Roeser, P. A., Doner, L. & Thein, J., (2012). Climatic and environmental evolution of Lake İznik (NW Turkey) over the last similar to 4700 years. Quaternary International, 274, 88-101.
54. Üner, S. (2003). Van Gölü Doğusu (Beyüzümü-Göllü Dolayı) Pliyo-Kuvaterner Yaşlı Karasal Çökellerin Sedimantolojisi (Yayımlanmamış, Yüksek Lisans tezi). Yüzüncü Yıl Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
55. Wick, L., Lemcke, G. & Sturm, M. (2003). Evidence of Late glacial and Holocene climatic change and human impact in eastern Anatolia: high resolution pollen, charcoal, isotopic and geochemical records from the laminated sediments of Lake Van. The Holocene, 13, 665-675.
56. van Zeist, W. & Woldring, H. (1978). A pollen profile from Lake Van: A Preliminary Report. In: E.T. Degens, F. Kurtman (Eds.), The Geology of Lake Van, (115-123).
57. Yaltırık, F. (1975). Türkiye’de Garig Vejetasyonunun Floristik Kompozisyonu. Biyoloji Dergisi, 24, 28-40.
58. Yılmaz, O. (1971). Etude Petrographique et Geochronologique de la region de Cacas [Yayımlanmamış, Doktora tezi]. Univ. Grenoble, Fransa.