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Wissenschaftliche Berichte Band 13, Artikelnummer: 8168 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Vulkanismus kann schwerwiegende Auswirkungen haben, darunter Klimawandel und Massenaussterben. Allerdings werden die Auswirkungen des monogenetischen Vulkanismus in der vulkanologischen Forschung oft als begrenzt angesehen. Diese Arbeit bietet zum ersten Mal einen interdisziplinären Ansatz für die sozioökologischen Auswirkungen des monogenetischen Vulkanismus in einer Schlüsselregion, dem Vulkanfeld La Garrotxa (GVF, Girona, Nordost-Iberien), wo in der Vergangenheit intensive monogenetische Vulkanaktivität auftrat. Die Analysen einer Sedimentsequenz aus dem GVF ermöglichten die Identifizierung bisher unbekannter Vulkanausbrüche im Zeitintervall 14–8,4 kacal BP, die Eingrenzung ihrer vulkanischen Stratigraphie und ihres Alters sowie die Aufklärung der Auswirkungen von Umweltveränderungen auf Geomorphologie, Vegetation, Wasserorganismen und Menschen. Darüber hinaus rekonstruieren wir die wichtigsten paläoumweltlichen Veränderungen, die durch die Eruptionen verursacht wurden, im Hinblick auf Feuerepisoden und nachfolgende Störungen der Vegetation, Hydrologie und limnologischen Bedingungen. Im Zusammenhang mit den archäologischen Aufzeichnungen scheint es, dass die letzten Jäger-Sammler-Gemeinschaften auf außerörtlicher Ebene widerstandsfähig waren und Episoden der Anfälligkeit aufgrund vulkanischer Aktivität ausgesetzt waren, was darauf hindeutet, dass ihre flexiblen Nomadenmuster und ihre Nahrungssuche eine effiziente Quelle waren Risikomanagement gegen Vulkanausbrüche und ihre ökologischen Auswirkungen.

Es gibt zahlreiche Beweise, die die Ansicht stützen, dass Vulkanausbrüche in der Vergangenheit große Auswirkungen auf Umwelt und Gesellschaften hatten, sowohl direkt (z. B. Lavaströme, Tephra-Ablagerungen und Erdbeben1,2,3) als auch indirekt (z. B. als Beitrag zum Klimawandel4). ,5,6, Massenaussterben7,8 und Störungen menschlicher Gemeinschaften9,10,11). Die vulkanologische und damit verbundene paläoökologische Forschung konzentrierte sich jedoch hauptsächlich auf explosive Ausbrüche polygenetischer Vulkane (mit wiederholten Ausbrüchen) wie dem Laacher See (Deutschland1), Santorini (Griechenland12), Somma-Vesuv und kampanischem Ignimbrite (Italien13,14) sowie dem Pinatubo (Philippinen15) oder Toba und Krakatau (Indonesien16), aber die Auswirkungen des monogenetischen (einzelne kleine Basaltausbrüche) Vulkanismus wurden im Allgemeinen vernachlässigt oder als begrenzt angesehen.

Das monogenetische Vulkanfeld La Garrotxa (GVF) ist das jüngste (mittleres Pleistozän (ca. 350 ka BP) bis frühes Holozän) Vulkangebiet der Iberischen Halbinsel. Aktuelle Studien in diesem Bereich befassten sich mit der Charakterisierung der vulkanischen Aktivität und Petrologie vulkanischer Produkte17,18,19,20,21 sowie den geologischen und strukturellen Kontrollen des Magmatismus und des damit verbundenen Vulkanismus22,23,24. Dennoch wurden die Auswirkungen dieser Ausbrüche auf die Umwelt und frühere menschliche Gesellschaften noch nicht untersucht. Frühere menschliche Gemeinschaften in Vulkangebieten wurden wiederholt durch Eruptionen bedroht und waren kurzfristigen katastrophalen Ereignissen ausgesetzt, die zu großen Landschaftsveränderungen führten13. Es wird von entscheidender Bedeutung, die sozioökologischen Merkmale der menschlichen Gesellschaften zu berücksichtigen, da ihre Verwundbarkeit oder Widerstandsfähigkeit von verschiedenen Aspekten wie ihren Siedlungsmustern, der Demografie sowie der soziopolitischen Organisation und den wirtschaftlichen Aktivitäten abhängt25. Tatsächlich führt Vulkanismus nicht zwangsläufig zu Katastrophen und gesellschaftlichen Zusammenbrüchen, da es Beispiele für widerstandsfähige Gesellschaften gibt, die mit vulkanischen Ereignissen zurechtkamen26. In diesem Zusammenhang könnte die Mobilität von Jägern und Sammlern eine wirksame Strategie zur Bewältigung der Folgen von Umwelteinschränkungen gewesen sein27,28,29. Um die frühere Interaktion von Jägern und Sammlern mit Vulkanausbrüchen zu verstehen, ist es wichtig, Maßnahmen zur Widerstandsfähigkeit nach dem Ausbruch, aber auch die geologischen Parameter des Ausbruchs zu berücksichtigen30.

Aufeinanderfolgende Lavaströme im Vulkanfeld La Garrotxa stauten den Fluss Fluvià und führten zur Bildung eines Seebeckens im tiefsten Teil des Vall d'en Bas-Tals (La Garrotxa, Nordost-Iberien) (Abb. 1). Die jüngsten Lavaströme standen wahrscheinlich im Zusammenhang mit den jüngsten Ausbrüchen der Vulkane Puig Jordà (17 ka BP22) und Croscat (15,7–13,2 ka cal BP31). Das Alter der Ausbrüche lässt sich jedoch nicht genau bestimmen, da sie eine hohe Unsicherheit und eine geringe Zuverlässigkeit aufweisen. Kürzlich ermöglichte die Sedimentabfolge von Pla de les Preses im Vall d'en Bas-Tal (Abb. 1) eine präzise Radiokarbondatierung von Makrofossilien und Massensedimenten im Zusammenhang mit Tephra (Suppl. Files 1) und identifizierte mehrere Eruptionen im Zeitraum 14,0– 8,4 ka cal BP, was das Potenzial von Barriere-See-Ablagerungen zur Datierung von Vulkanausbrüchen zeigt. Diese Seesedimente boten auch die Möglichkeit, detaillierte Paläoumweltrekonstruktionen unter Einbeziehung regionaler Landschaften (Vegetation) und lokaler Seeumgebungen (Wasserorganismen) durchzuführen. In diesem Sinne besteht das Ziel dieser Arbeit darin, die potenziellen sozioökologischen Auswirkungen des monogenetischen Vulkanismus aufzuzeigen und dabei geochemische (RFA) und paläobiologische (Pollen- und Nichtpollen-Palynomorphe, Sedimentkohle, Ostrakoden, Charophyten-Gyrogoniten und Kieselalgen) Proxys zu integrieren archäologische Aufzeichnungen in der Region, um zu beurteilen, wie sich der Vulkanismus auf die letzten Jäger-Sammler-Gemeinschaften und ihre Umgebung ausgewirkt hat.

Lage des Vulkanfeldes La Garrotxa im Nordosten Iberiens. Oben links sind die im Text erwähnten archäologischen Stätten und paläoökologischen Kerne angegeben. In der Hauptkarte (rechts) sind Lavaströme und Vulkane der letzten 20.000 Jahre angegeben. Karte erstellt mit QGIS (https://www.qgis.org/es/site/), Version 3.22, und geändert in Adobe Illustrator Version 23.0.5.

Das monogenetische quartäre Vulkanfeld La Garrotxa18,22 ist Teil der katalanischen Vulkanzone (Nordost-Iberische Halbinsel)32,33, einer der alkalischen Vulkanprovinzen des europäischen Grabenbruchsystems. Es beherbergt mehr als 50 basaltische monogenetische Kegel, deren Alter vom mittleren Pleistozän (ca. 350 ka BP) bis zum frühen Holozän reicht und Schlacken- und Schlackenkegel, Lavaströme, Tuffringe und Maare umfasst.

Der 15 m lange Sedimentkern von Pla de les Preses (Abb. 1) liefert Paläoumweltdaten für die letzten 14.000 Jahre (Suppl. Files 1), wir konzentrieren uns jedoch auf das Zeitintervall 14–8 kacal BP, da paläobiologische Studien dies getan haben reichhaltigere Ergebnisse in See- und Feuchtgebietssedimenten in diesem Zeitraum, und vulkanische Aktivität wurde in Flusssedimenten ab 8,4 kacal BP nicht mehr nachgewiesen (Suppl. Files 2). Zu Beginn der Sedimentaufzeichnung wurde die Flusssedimentation durch groben Sand und vulkanische Tephra gestört, was mit vulkanischer Aktivität bei ca. 300 v. Chr. zusammenhing. 14,0 ka cal BP. Die Lavaströme dieses Ausbruchs (des Vulkans Puig Jordà, Abb. 1) hätten eine Barriere am Fluss Fluvià errichtet und die Bildung eines Sees ermöglicht. Die lakustrine Umgebung dauerte von 13,6 bis 9,3 kacal BP und umfasste somit den Zeitraum vom Spätglazial (Bølling-Allerød und jüngere Dryas) bis zum frühen Holozän. Mehrere Tephra-Schichten (Suppl. Files 3) wurden während einer Phase intensiverer vulkanischer Aktivität bei 13,0–12,0 ka cal BP und einer weiteren Eruptionsepisode bei 10,4 ka cal BP abgelagert (Abb. 2). Ein Abflachungsprozess wurde durch eine kühle und trockene Episode (Bond-Ereignis 6)34 verstärkt, die zum Übergang von lakustrinen zu palustrinen Bedingungen bei 9,3 kacal BP führte (Abb. 2). Zwischen diesen palustrinen Torfschichten wurden auch Tephra-Schichten identifiziert, die den jüngsten Ausbrüchen bei 9,4–8,4 kacal BP entsprechen (Abb. 2, 4). Um 8,2 kacal BP verwandelten sich Feuchtgebiete wieder in Flussauen, was auf ein flacheres Gewässer und den Einschnitt des Vulkandamms durch den Fluss schließen lässt (Suppl. Files 2).

Paläoökologische Entwicklung im Vall d'en Bas-Tal basierend auf der wichtigsten geochemischen PCA und Wasserorganismen (Pollen, Nicht-Pollen-Palynomorphe, Ostrakoden, Gyrogoniten und Kieselalgen). Die wichtigsten Umweltphasen werden in Farbrahmen angezeigt (Grün: Palustrin vor der Seebildung; Hellblau: flacher See; Dunkelblau: tiefer See; Grau: Seerand; Grau bis hellbraun: Palustrin; Orange: Flussaue). Die roten Balken weisen auf vulkanische Tephra-Schichten hin.

Die Pollenanalyse lieferte Daten zur Vegetationsgeschichte von 14,0 bis 8,0 kacal BP. Während des Spätglazials waren die vorherrschenden Landschaftsökosysteme Steppen und Grasland (40–60 %), und die Wälder wurden von Kiefern und Wäldern von Betula, Acer und Juniperus dominiert. Diese charakteristische Landschaft steht im Einklang mit den kühlen Klimabedingungen während des Spätglazials. Der Übergang von der wärmeren Bølling-Allerød-Periode zur kälteren Jüngeren Dryas-Periode führte jedoch zu keiner wesentlichen Veränderung der Vegetation (Abb. 3), was eine mildere Jüngere Dryas-Periode im Nordosten Iberiens bestätigt35, wie zuvor in der Zentralpyrenäenregion36,37,38 nachgewiesen . Nach den ersten Hinweisen auf Zusammenhänge zwischen Eruptionen und Feuerepisoden im Zeitraum von 14,0 und 13,5 ka cal BP ereignete sich die wichtigste spätglaziale Phase intensiver Feuer- und Vulkanaktivität zwischen 13,0 und 12,0 ka cal BP (Abb. 3), was die bedeutende Rolle von bestätigt vulkanische Aktivität bei der Auslösung von Brandepisoden39, neben anderen Faktoren wie trockenen spätglazialen Klimabedingungen, wie in anderen iberischen Aufzeichnungen bestätigt37,40. Vulkanausbrüche und nachfolgende Waldbrände führten zu kurzfristigen Episoden der Ausbreitung von Kiefernwäldern und dem Niedergang von spätglazialen Wäldern (Betula-Acer-Juniperus, Abb. 3) und Steppen. Die spätglaziale Vegetation wurde jedoch nicht dramatisch gestört und erholte sich in den folgenden 50–100 Jahren nach den Ausbrüchen (Abb. 4).

Prozentuales Pollendiagramm ausgewählter Taxa und Kategorien. Die Daten werden auf einer Altersskala (cal BP) dargestellt und die Tephra-Schichten wurden herausgeschnitten. Kategorien: Laubbäume (Quercus laubabwerfend, Corylus, Ulmus, Fagus), Steppe (Helianthemum-t, Sanguisorba, Artemisia, Amaranthaceae, Plantago, Apiaceae, Rumex, Galium-t, Filipendula). In der Kurve der Laubbäume zeigt die unterbrochene Linie Werte im Les Palanques-Kern (2 km Entfernung von PdP) und die graue Linie zeigt den SB2 Banyoles-Kern (25 km entfernt). Die Daten zu Sedimentkohle werden als Akkumulationsrate von Holzkohlepartikeln, n von Partikeln mit einer Breite von > 1 mm und 0,5–0,99 mm sowie durch numerische Analysen identifizierte Holzkohlepeaks dargestellt. Rote Schattierungen zeigen Perioden intensiver Eruptions- und Feueraktivität an, graue Linien zeigen Ereignisse der Tephra-Ablagerung. Es werden grönländische Isotopenkurven (GRIP und GISP2)42,43 aufgezeichnet und Abkühlungsepisoden/Kältephasen (blau) und wärmere Perioden (orange) angezeigt.

Multi-Proxy-Diagramm, das Umweltveränderungen in Bezug auf ausgewählte Tephra zeigt. Die Daten werden auf einer Tiefenskala (cm) dargestellt und graue Schattierungen zeigen Tephra-Ablagerungsereignisse an. In der oberen rechten Ecke sind Besiedlungsschichten von spätmesolithischen Standorten in der Region (15–40 km vom Vulkanfeld La Garrotxa entfernt) dargestellt: Sota Palou (10.200–9.100 cal BP), Bauma del Serrat del Pont IV.1 (9.400). –9100 Kal. BP), IV.2 (9100–8800 Kal. BP), IV.3 (8600–8400 Kal. BP), Bauma dels Fadrins (8700 Kal. BP).

Die von Pinus und Betula-Acer-Juniperus dominierten spätglazialen Wälder sowie die Graslandschaften und Steppen wurden aufgrund eines wärmeren und feuchteren frühholozänen Klimas zwischen 11,7 und 10,5 ka cal BP41 durch breitblättrige Laubwälder (hauptsächlich Quercus und Corylus) ersetzt ,42 (Abb. 3). Diese schnelle Ausbreitung des Laubwaldes, die maximale Werte um 10,3–9,2 kacal BP erreichte (Abb. 3), wurde durch vulkanische Aktivität in Kombination mit dem abkühlenden Bond Event 6 (9,3 kacal BP) unterbrochen. Der erste Hinweis auf frühholozänen Vulkanismus wird bei 10,4–10,3 ka cal BP beobachtet, was zu Feuerepisoden und begrenzten Auswirkungen auf Laubwälder führt (siehe Tephra 13 in Abb. 4). Später, bei 9,4–8,3 kacal BP, brachen die Laubwälder zusammen, was mit häufigeren Feuerepisoden und Vulkanausbrüchen einherging. Dies deutet darauf hin, dass durch Vulkanausbrüche verursachte Feuerepisoden dramatische Auswirkungen auf Laubwälder hatten, die in dieser Region während des frühen und mittleren Holozäns vorherrschende Vegetation waren43, und die Ausbreitung von Grasland und sekundären, von Kiefern dominierten Wäldern auslösten. Obwohl paläoökologische Beweise eine Landschaftsumgestaltung durch den Einsatz von Feuer durch die letzten Jäger- und Sammlergemeinschaften in West- und Mitteleuropa belegen44,45,46, hätten die charakteristischen spärlichen mesolithischen Populationen im Nordosten Iberiens43 nur begrenzte Auswirkungen auf die Landschaft gehabt. Die detaillierten Aufzeichnungen für Eruptionen bei 9,15–9,1 ka cal BP und 8,84–8,77 ka cal BP (Tephra 17 und 19 in Abb. 4) zeigen große Auswirkungen von Eruptionen und Waldbränden in einem zweistufigen Prozess: erstens dramatische Auswirkungen auf Laubbäume Wälder, gefolgt von der Ausbreitung von Kiefernwäldern; zweitens das Abbrennen von Kiefernwäldern und die Ausweitung von Lichtungen, die von Grasland (Poaceae) dominiert werden (Abb. 4) und eine moderate Ausbreitung störungsempfindlicher Bäume (Abies und Tilia47), als die Häufigkeit von Vulkanausbrüchen abnahm und die klimatischen Bedingungen wärmer wurden ( Abb. 3). Wiederkehrende Eruptionen und heftigere Waldbrände verhinderten eine schnelle Erholung der Laubwälder. Dennoch zeigte eine frühere Studie im Vall d'en Bas-Tal (Les Palanques, 2 km westlich, Abb. 1), dass Laubwälder mit Laubbäumen in Verbindung mit Spitzen bei Pinus und Poaceae bei 9,5–9,0 und 8,5–8,3 ka zurückgingen cal BP und erholte sich ab 8,1 ka cal BP43,48 (Abb. 2), was auf einen erheblichen Einfluss der vulkanischen Aktivität auf die Vegetation auf lokaler Ebene und langsamere Erholungsprozesse während des frühen Holozäns als während des Spätglazials hinweist. Ebenso ist eine Ausbreitung von Pinus und Poaceae und ein Rückgang von Laubwäldern mit Laubblättern etwa 8,8–8,6 ka cal BP (Abb. 2) auf außerlokaler Ebene, 15 km entfernt, in Bauma del Serrat del Pont dokumentiert (höchste Werte von Pinus und). Poaceae in mesolithischen Schichten49,50) und 25 km entfernt im Lake Banyoles51 (Abb. 1). Die Pollenaufzeichnung vom Banyoles-See zeigt jedoch deutlich Maxima der Laubvegetation in Verbindung mit geringer Feueraktivität im Zeitraum 9,0–7,5 ka cal BP51, als die klimatischen Bedingungen feuchter und wärmer waren (holozänes Klimaoptimum). Insgesamt stützen die Hinweise auf dramatische Umweltveränderungen aus den Pla de les Preses-Aufzeichnungen die Ansicht, dass lokale Faktoren (z. B. vulkanische Aktivität) und nicht großräumige Faktoren wie das Klima die Vegetations- und Feuerdynamik im Vall d'en Bas-Tal beeinflussten. Abkühlungsepisoden während der jüngeren Dryas und des Holozäns (10,3 und 9,3 kyr cal BP) wirkten als Verstärker und bildeten trockenere Landschaften, die anfälliger für das Auftreten und die Ausbreitung von Waldbränden sind.

Der in dieser Arbeit entwickelte Multi-Proxy-Ansatz zeigte deutlich die Auswirkungen von Vulkanausbrüchen auf limnologische Bedingungen, wie der abrupte Rückgang von Wasserpflanzen (Gattung Myriophyllum im Spätglazial, Gattung Nymphaea im frühen Holozän), Algen (Botryococcus, Tetraeder, Charophyten, Diatomeen), Cyanobakterien und Ostrakoden (Candona candida, Ilyocypris gibba, Neglecandona Neglecta) nach Eruptionsepisoden (Abb. 2). Während des Spätglazials veränderte die Ablagerung von vulkanischem Tephra, Holzkohle und Asche aus Waldbränden die Wasserbedingungen, was zu einer geringeren Alkalität führte, wie aus der Vorherrschaft der säureresistenten Alge Botryococcus52 in tiefen Wasserphasen und der Vorherrschaft der Wasserpflanze Myriophyllum hervorgeht in flacheren Phasen (Tephras 5 und 7 bzw. 4 und 6, Abb. 4). Durch den Vulkanismus verursachte limnologische Veränderungen schränkten das Leben von Wasserorganismen kurzfristig ein, doch Gloeotrichia spielte in Phasen schlechter Nährstoffverfügbarkeit eine bedeutende Rolle als Pionier53 und verbreitete sich möglicherweise aufgrund der Fixierung von Stickstoff und der hohen Verfügbarkeit von Phosphor schnell. Diese Bedingungen waren auch günstig für Myriophyllum, einen Makrophyten, der in Gewässern mit hohem Stickstoffgehalt und Phosphorverfügbarkeit54 wächst und saure Gewässer55 bevorzugt (flache Seephase in Einheit 2a, Abb. 2). Peaks bei Cyanobakterien und Chlorophyta zeigen, wie sich der Seetrophismus in Zeiträumen von 50 bis 100 Jahren von oligotroph, unmittelbar nach Vulkanausbrüchen, zu eutroph veränderte (Tephra 5, 6, 7 in Abb. 4). Ebenso wurde die planktonische Kieselalge Lindavia radiosa erst nach dem Vulkanausbruch vor 10,24 kacal BP beobachtet, was auf eine Zunahme des trophischen Zustands des Sees und das Vorhandensein einer Wassersäule hinweist. Allerdings waren die am häufigsten vorkommenden benthischen Kieselalgen in der Probe vor der Tephra (10,42 ka cal BP) auch nach der Probe des Vulkanausbruchs (10,24 ka cal BP) immer noch reichlich vorhanden, trotz der in der Tephra-Schicht beobachteten Knappheit an Kieselalgen (Suppl. Mat. 2). ). Diese Ergebnisse deuten auf eine rasche Erholung von Kieselalgenansammlungen und anderen Wasserorganismen nach dem 10,35 kacal BP-Ausbruch hin (Abb. 2).

Daher erhöhte der Vulkanismus den Säuregehalt des Wassers und die Wasserorganismen passten sich an diese neuen Bedingungen an. Auf diese Störungsereignisse folgten jedoch schnelle Erholungsprozesse, insbesondere im Spätglazial, als der tiefere See eine hohe Widerstandsfähigkeit zeigte. Dennoch wirkte sich im frühen Holozän die Kombination aus einem durch den Klimawandel verstärkten Flachheitsprozess, vulkanischer Aktivität und hochintensiven lokalen Waldbränden auf die lokalen Wassergemeinschaften aus, die sich nach der Eruptionsaktivität bei 9,3–8,8 kacal BP nicht erholten (Abb. 2). , 4).

Die archäologischen Aufzeichnungen zeigen eine Lücke menschlicher Besiedlung im GVF-Gebiet seit dem Jungpaläolithikum (La Rodona, Olot, ca. 33–24 ka kal BP56) und menschliche Gemeinschaften siedelten sich erst im Neolithikum wieder an (Codella und La Dou, 6,7 ka). cal BP57,58), was darauf hindeutet, dass dieses Gebiet während des Spätglazials und frühen Holozäns für die letzten Jäger und Sammler feindlich gesinnt war. In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, dass die geringe mesolithische Bevölkerungsdichte nicht ausschließlich auf das GVF-Gebiet beschränkt ist. Dieser Zeitraum hat in der archäologischen Forschung auf der nordöstlichen Iberischen Halbinsel keine besondere Aufmerksamkeit erregt, da im Gegensatz zu benachbarten Gebieten (Ebro-Becken, Ostküste Iberiens und Mittelmeerküstengebiet Frankreichs) nur wenige archäologische Aufzeichnungen mit Belegen für Besetzungen im frühen Holozän vorliegen. 59. Der Mangel an archäologischen Beweisen in dieser Region Nordost-Iberiens während des Spätglazials und des frühen Holozäns ist wahrscheinlich nicht auf das Klima zurückzuführen, da die archäologisch abgeleitete Lücke in der Besetzung nicht auf kältere Phasen (z. B. die jüngere Dryas) beschränkt ist. Stattdessen könnte die Besetzungslücke durch Siedlungsmuster oder Prozesse nach der Ablagerung verursacht worden sein, die sich auf die Erhaltung archäologischer Stätten auswirken. Mesolithische Besetzungen sind 15 km vom GVF entfernt im Llierca-Tal dokumentiert (Abb. 1). Dort zeigt der Felsschutzstandort Bauma del Serrat del Pont (BSP) (Abb. 1) 4 Schichten mesolithischer Besetzungen von 9,4 bis 8,0 ka cal BP (9,45–9,1, 9,1–8,8, 8,6–8,4, 8,3–8,0 ka). cal BP)60, zeitgleich mit den häufigsten frühholozänen Vulkanausbrüchen im GVF-Gebiet. Diese Gemeinden befanden sich in Ökozonen, die vielfältige Ressourcen für ihre terrestrische Nahrungswirtschaft bereitstellten, darunter viele wild gejagte Arten wie Rotwild, Rehe, Wildschweine und Steinböcke61 sowie Pflanzen und Früchte wie Eicheln, Saueräpfel, Haselnüsse und Erdbeerbaumfrüchte62. Insgesamt deutet das Zusammentreffen von Eruptionsepisoden und Veränderungen in den archäologischen Schichten (Abb. 4) darauf hin, dass Jäger-Sammler-Gemeinschaften am BSP den Standort bei 9,1 (Übergang von den Schichten IV.1 zu IV.2) und 8,8 ka cal BP (200) vorübergehend verlassen haben Jahrelange Lücke zwischen den Schichten IV.2 und IV.3) als Reaktion auf erhöhte vulkanische Aktivität. In der proximalen Einschlagzone (bis zu mindestens 50 km) wirkten wahrscheinlich verschiedene Gefahrenstoffe, darunter Lavaströme, Tephra-Ablagerungen, Aschestürme, Gase, Aerosole, pyroklastische Ströme und Erdbeben30, die sich auf Flora und Fauna (Bioressourcen) sowie auf deren Qualität auswirkten aus Luft und Wasser. In diesem Zusammenhang wurden während dieser Zeit der Umweltstörungen in der Region andere mesolithische Stätten besiedelt, darunter Sota Palou (10,2–9,1 ka cal BP63) und Bauma dels Fadrins (8,7 ka cal BP64) (28 bzw. 38 km von der GVF entfernt). ), was auf eine räumlich begrenzte Auswirkung der letzten Vulkanausbrüche in GVF schließen lässt. BSP wurde bei 8,6–8,4 und 8,3–8,0 ka cal BP neu besiedelt, was darauf hindeutet, dass das gesamte soziale System nicht in Frage gestellt wurde und mesolithische Gemeinschaften nicht zusammenbrachen. Jäger-Sammler-Gesellschaften, die in der proximalen Einschlagzone lebten, haben das Gebiet möglicherweise während Perioden hoher vulkanischer Aktivität vorübergehend verlassen, kehrten danach aber zurück, was eine hohe Reorganisationsfähigkeit bewies. Somit hatten die monogenetischen Vulkanausbrüche geringer Stärke in GVF keine so dramatischen Auswirkungen wie explosive Vulkanausbrüche größerer Stärke, die zum Zusammenbruch früherer Jäger-Sammler-Gemeinschaften führten30. Aus der Analyse der archäologischen und paläoökologischen Aufzeichnungen in der Region La Garrotxa geht hervor, dass die letzten Jäger-Sammler-Gemeinschaften auf einer außerlokalen Ebene (15 bis 40 km vom GVF entfernt) gegenüber den lokalen Auswirkungen des monogenetischen Vulkanismus widerstandsfähig waren , was sich tatsächlich auf die Besiedlung des Vall d'en Bas-Tals seit dem Jungpaläolithikum bis zum frühen Neolithikum auswirkte (Lücke menschlicher Besetzungen im Zeitraum 24–6,7 ka cal BP auf lokaler Ebene). Ihre flexiblen Nomadenstrategien und ihre Nahrungssuche waren wahrscheinlich eine effiziente Quelle des Risikomanagements, um durch Vulkanausbrüche verursachte Verwundbarkeitsepisoden zu bewältigen. Mobilität war die Risikominderungsstrategie, die es früheren Jägern und Sammlern im Nordosten Iberiens ermöglichte, sich gegen Vulkanausbrüche zu behaupten, da es in den archäologischen Aufzeichnungen keine eindeutigen Hinweise auf andere mögliche Krisenmanagementstrategien wie Lagerung, Austausch, Diversifizierung oder Intensivierung gibt30.

Diese Arbeit liefert Erkenntnisse darüber, wie Umweltstörungen durch monogenetischen Vulkanismus die Geomorphologie, Vegetation, Wasserorganismen und frühere menschliche Gesellschaften beeinflussten. Es werden neue Vulkanausbrüche aus dem späten Glazial und frühen Holozän vorgestellt, über die bisher in der GVF nicht berichtet wurde. Ihre vulkanische Stratigraphie und ihr Alter werden eingegrenzt, wodurch ihre wichtigsten Auswirkungen auf die Paläoumwelt rekonstruiert werden (Abb. 5). Die vulkanische Aktivität hatte erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt, verursachte heftige Brände und verursachte auf lokaler Ebene dramatische Veränderungen in der Landschaftsvegetation. Der Vulkanismus löste heftige Waldbrände aus, die Wälder betrafen (Acer-Betula-Juniperus im Spätglazial; Corylus-Quercus-Laubwälder im frühen Holozän), mit Ausnahme von Kiefernwäldern, die sich ausdehnten und die gestörten Gebiete besiedelten. Diese Studie zeigt, dass sich spätglaziale Kaltsteppen schneller von vulkanischen Störungen erholten als holozäne Laubwälder. Darüber hinaus deuten die Aufzeichnungen darauf hin, dass Tephra-Ablagerungen auch das Ökosystem des Sees veränderten, indem sie den Säuregehalt des Wassers erhöhten und die an diese Bedingungen angepassten Wasserorganismen förderten. Auf diese Störungsereignisse folgte eine schnelle Erholung im Maßstab von Jahrzehnten bis Jahrhunderten, insbesondere während des Spätglazials, als der tiefere See eine höhere Widerstandsfähigkeit zeigte.

Synthetisches Diagramm, das Klimawandelereignisse, Sedimententwicklung, Vulkanausbrüche (Tephra), Feuerepisoden, Holzkohle-Ansammlungsrate, Vegetationsdynamik und menschliche Besiedlung während des Spätmesolithikums in der Region umfasst.

Diese Studie ermöglicht ein besseres Verständnis der Paläoumweltdynamik und ökologischen Veränderungen, die während der jüngsten Vulkanausbrüche in GVF auftraten. Der Vulkanismus hatte große sozioökologische Auswirkungen auf lokaler Ebene (Radius < 15 km) und führte zu intensiver Feueraktivität und bemerkenswerten Veränderungen in der Vegetation (Wälder), Wassergemeinschaften (See) und einer Lücke menschlicher Siedlungen bis zum Neolithikum (6,7 ka cal BP). . Am wichtigsten ist, dass die neuen Aufzeichnungen wichtige Belege liefern, um die Widerstandsfähigkeit der spätmesolithischen Bevölkerung gegen Vulkanismus auf außerörtlicher Ebene zu erklären, wobei Mobilität als Quelle für die Bewältigung von Anfälligkeitsepisoden genutzt wird, da Jäger-Sammler-Gruppen (in Zeiten hoher vulkanischer Aktivität) aufgegeben haben und besetzte den BSP-Standort im Zeitraum von 9,4–8,0 ka cal BP viermal (während der vulkanischen Ruhe). Damit beweist diese Studie die sozioökologischen Auswirkungen und das Interesse an der Entwicklung interdisziplinärer paläoökologischer Forschung, um Landschaftsveränderungen auf lokaler Ebene zu untersuchen, die durch den häufigsten Vulkanismus auf der Erde, den monogenetischen Vulkanismus, verursacht werden.

Mit einer mechanischen Drehbohrmaschine (TP-50/D) wurde aus dem tiefsten Teil des Tals von La Vall d'en Bas (Girona, Spanien) ein 15 m langer Kern gewonnen (UTM 455189,0 X/4667356,0 Y/458,1 m). ü.d.M.), in der Gegend, die als Pla de les Preses (PdP) bekannt ist.

Das Tiefen-Alter-Modell wurde mit RBacon65 erstellt und verwendet 15 Kontrollpunkte. Dreizehn dieser Punkte basieren auf Radiokarbondaten (14C), die an Massensedimenten gemessen wurden, und zwei Punkte basieren auf 14C-Daten, die an terrestrischen Pflanzenresten (Nadeln und Samen von Pinus sp.) gemessen wurden (Suppl. Files 1). Da die letztgenannten 14C-Daten sehr wahrscheinlich genauere Sedimentablagerungsalter liefern66, wurden für Pflanzen-Makrofossil-Daten engere Student-t-Fehlerverteilungen angewendet. Abrupte Sedimentationsereignisse (z. B. Tephra-Ablagerungen) wurden herausgeschnitten und eine Sedimentationslücke in 945 cm Tiefe mit einer maximalen Lückenlänge von 1500 Jahren festgelegt. Die Unterbrechung, die wahrscheinlich durch eine schlechte Sedimentationserholung während der Kernbohrung verursacht wurde, führte dazu, dass im Zeitraum zwischen 11,7 und 10,5 kacal BP keine Sedimente vorhanden waren.

Die lithostratigraphische Untersuchung des Kerns wurde unter Berücksichtigung der verschiedenen Sedimentfazies definiert (Suppl. Files 2). Sedimentfazies wurden durch visuelle makroskopische Beschreibung und mikroskopische Beobachtung von Abstrichrutschen nach LRC-Verfahren67 (sowie durch mineralogische, organische und geochemische Zusammensetzungen) definiert. Entlang des Kerns wurden verschiedene stratigraphische Einheiten definiert und ihre Ablagerungsumgebungen und -prozesse auf der Grundlage ihrer sedimentologischen Eigenschaften abgeleitet68.

Eine hochauflösende geochemische Analyse (1 cm Schrittgröße) des Kerns wurde mit einem Avaatech XRF Core-Scanner im Corelab Laboratory (Universität Barcelona) durchgeführt. Die Analyse wurde mit einer Rhodiumquelle unter zwei verschiedenen Arbeitsbedingungen durchgeführt: 1) mit einem Röntgenstrom von 800 μA, bei 10 s Zählzeit und 10 kV Röntgenspannung für die Messung von Al, Si, P, S, Cl, Ar, K, Ca, Ti, V, Rh, Cr, Mn und Fe; 2) mit einem Röntgenstrom von 2000 μA, bei 25 s Zählzeit, 30 kV Röntgenspannung und unter Verwendung eines Pd-Filters, zur Messung von Ni, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Br, Rb, Sr, Y, Zr, Nb und Pb. Diese Methode ermöglichte eine semiquantitative Analyse der elementaren chemischen Zusammensetzung von Al bis U, basierend auf dem Verhältnis der Zählimpulse pro Sekunde (cps) für jedes Element im Vergleich zum Rest. Die am häufigsten vorkommenden und signifikantesten Elemente (Al, Si, Cl, K, Ca, Ti, V, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, Ga, Br, Rb, Sr und Pb) wurden für die multivariante statistische Analyse (PCA) ausgewählt. um die Anzahl der Variablen zu reduzieren und die wichtigsten Phasen und Prozesse zu definieren, die an der Bildung des Kerndatensatzes gemäß ihrer Chemostratigraphie beteiligt sind. Vor der PCA-Analyse wurden alle unzuverlässigen Messungen entfernt, um die statistische Aufbereitung der Daten nicht zu verschleiern. Geochemische RFA-Daten wurden mithilfe der zentrierten Log-Ratio-Transformation69,70 mithilfe der CoDaPack-Software71 normalisiert und mit multivariaten Statistiken verarbeitet. Eine Hauptkomponentenanalyse wurde mit der Software SPSS 23.0 im Korrelationsmodus durchgeführt, Faktorwerte wurden berechnet, rotierte (Varimax) und nicht rotierte Lösungen wurden bewertet und die für die geochemische Datenvarianz am besten geeignete ausgewählt (Suppl. Files 2).

Pollenproben wurden alle 3–5 cm in organischen tonigen und torfigen Fazies und alle 10 cm in anorganischen Schluffen in den Flussschichten entnommen. Die Proben wurden nach Standardmethoden72 verarbeitet, einschließlich Behandlung mit HCl und NaOH, Flotation in Thoulet-Schwerflüssigkeit, Behandlung in HF und schließlich Einbettung in Glycerin. Mindestens 300 Pollenkörner terrestrischer Taxa wurden mit einem Olympus Bx43-Mikroskop gezählt, das mit 10-fach-Okularen und 40/60-fach-Objektiven ausgestattet war. Hygrophytische Pflanzen (Cyperaceae, Ranunculaceae Typha latifolia und Typha/Sparganium) und Wasserpflanzen (Myriophyllum, Nuphar, Nymphaea, Potamogeton) wurden von der Pollensumme ausgeschlossen. Pollenkörner wurden mithilfe eines Pollenatlas73 identifiziert. Die Identifizierung von Nicht-Pollen-Palynomorphen (NPPs) folgte van Geel74, van Geel et al.75, Revelles et al.76 und Revelles und van Geel77. Die Pollenprozentsätze wurden in Bezug auf die Pollensumme berechnet und Diagramme mit der Tilia-Software erstellt78. Obwohl die Pollenanalyse auf die gesamte Abfolge angewendet wurde, wiesen einige Proben in den oberen 650 cm einen geringen Pollengehalt auf, und Daten werden nur für den unteren Teil des Kerns bereitgestellt (14,0–8,0 ka cal BP).

Die Quantifizierung der Holzkohlepartikel wurde mit der Siebmethode79 mit einer Maschenweite von 150 μm80 durchgeführt, um Brandepisoden zu identifizieren. Proben von 1 cm3 wurden jeweils 1 cm aus der gesamten Sedimentsequenz entnommen. Die Proben wurden zunächst 12 Stunden lang in 10 % H2O2 eingeweicht, um das Sediment zu entflocken und zu bleichen, und dann auf einem 150-μm-Sieb unter einem weichen Wasserstrahl gesiebt. Sehr organische Proben wurden zusätzlich 4 Stunden lang in 10 % NaOCl eingeweicht, um das organische Material weiter zu bleichen. Der gebleichte Siebrückstand wurde unter einem Stereomikroskop (Leica M80 bei 60x) analysiert, das mit einer Kamera CMEX DC 5000 ausgestattet war, die an einen Computer mit einer Bildanalysesoftware (WinSeedle, Regent Instruments Canada, Inc.) angeschlossen war, die die Messung der Holzkohlekonzentration ermöglichte , Kohleflächen einzelner Partikel und die kumulative Summe der Kohlepartikelflächen81. Die CharAnalysis-Software82 wurde zur Berechnung der Holzkohle-Ansammlungsraten (Holzkohle cm−2 pro Jahr) und zur Erkennung von Brandepisoden verwendet. Die Analyse wurde in zwei Zeitfenstern durchgeführt, eines für holozäne Proben (8,2–10,5 ka cal BP) und eines für spätglaziale Proben (11,7–14,0 ka cal BP). Die Anzahl der Holzkohlen, das Probenvolumen und die Probentiefen wurden mit einer konstanten zeitlichen Auflösung von 10/6 Jahren (Holozän/Spätglazial) interpoliert, bevor die Kohleakkumulationsrate berechnet wurde, um ungleiche Probenahmeintervalle aufgrund variabler Sedimentakkumulationsraten zu berücksichtigen. Vor der Anwendung der numerischen Analyse wurde keine Datentransformation durchgeführt. Die langsam variierende Mittel- oder Hintergrundkomponente (Cback) wurde durch eine LOWESS-Funktion mit zwei verschiedenen Glättungsfenstern (400 Jahre im Holozän, 300 Jahre im Spätglazial) basierend auf den höchsten Werten des Anpassungstests modelliert. Schließlich wurden zwei Kategorien von Holzkohlepartikelbreiten aufgetragen (Abb. 3), um das lokale Signal von Bränden zu untersuchen: > 1 mm Breite und 0,5–0,99 mm Breite.

Einige Makrofossilien wurden in sedimentären Holzkohleproben geborgen. Obwohl organische Makrofossilien durch die H2O2-Verarbeitung beeinträchtigt wurden, konnten die meisten Samen mit einem Stereomikroskop (Leica M80 bei 60x) identifiziert werden. Die Identifizierung erfolgte anhand der Literatur83,84 und der Referenzsammlung von Samen an der Universität Montpellier.

In der torfigen und lakustrinen Fazies (600–1470 cm) wurden alle 10 cm Proben von etwa 20 g Sediment für die Analyse von Ostrakoden und Charophyten entnommen. Die Proben wurden in Wasser gespült (unter Verwendung von H2O2, um tonige Proben aufzulösen) und durch 250 μm gesiebt. Abschließend wurden die Proben getrocknet und alle Ostrakodenreste und Charophyten-Gyrogoniten mit einer feinen Bürste aufgenommen.

Alle Überreste von Ostrakoden (Schalen und disartikulierte Klappen) wurden, wann immer möglich, auf Artenniveau identifiziert, wobei hauptsächlich Meisch85 und Fuhrmann86 befolgt wurden. Die Dichten wurden als Anzahl der Ventile pro Gramm trockenes Sediment geschätzt. Die zur Identifizierung der Charophyten-Gyrogoniten verwendeten qualitativen taxonomischen Merkmale waren: apikale Zone, Basalstrukturen (Anwesenheit oder Fehlen einer Basalsäule, Form der Basalplatte) sowie andere Merkmale wie Gesamtumriss und Anzahl der Spiralwindungen (oder Grate). sichtbar in der Seitenansicht87. Die Beobachtung und Messung erfolgte mit einem Stereomikroskop bei 400x. Die Länge wurde als längste Polarachse (LPA = vertikale Achse) gemessen; Breite als größter äquatorialer Durchmesser (LED = horizontale Achse am größten Durchmesser). Das Längen-/Breitenverhältnis wurde ebenfalls berechnet und als Isopolaritätsindex ausgedrückt (ISI = LPA/LED × 100).

Zwölf Proben wurden für die Kieselalgenanalyse vor und nach vier Tephra-Schichten ausgewählt, um den Einfluss und die Erholung der Kieselalgengemeinschaft auf die Tephra-Ablagerung im Seeökosystem zu bewerten. Alle diese Proben wurden mit 33 % Wasserstoffperoxid (H2O2) und HCL (1 M) behandelt. Anschließend wurden die Proben nach der in Battarbee et al.88 beschriebenen Methode in Naphrax (RI = 1,7) montiert. Die Identifizierung der Kieselalgen erfolgte hauptsächlich nach Krammer und Lange-Bertalot89,90,91,92, die Nomenklatur der Kieselalgen (Basionym) wurde jedoch auf akzeptierte Namen entsprechend der derzeit akzeptierten Nomenklatur93 aktualisiert. Leider reichte die Konservierung der Kieselalgen nur in zwei holozänen Proben (vor und nach T6) aus, um ausreichend zu identifizieren und zu zählen, mindestens 10 Kieselalgenklappen pro Objektträger. Die Auflösung von Kieselalgen und damit deren Fehlen in Sedimentaufzeichnungen könnte auf einen Anstieg des Salzgehalts oder der Alkalität des Sees zurückzuführen sein94.

Die während der aktuellen Studie generierten Datensätze sind im Repository der Neotoma Palaeoecological Database (https://data.neotomadb.org/56691) verfügbar.

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Im Gedenken an Dr. Gabriel Alcalde, der aufgrund seiner umfassenden Expertise in der archäologischen Forschung in der Region La Garrotxa maßgeblich zur Konzeption dieser Forschung beigetragen hat. JR entwickelte diese Forschung im Auftrag von Juan de la Cierva Incorporación (IJC2020) (MCINN, Spanien) in der Forschungsgruppe GAPS (2017 SGR 836). Das katalanische Institut für menschliche Paläoökologie und soziale Evolution (IPHES-CERCA) wurde von MCINN im Programm der Exzellenzeinheiten „Maria de Maeztu“ (CEX2019-000945-M) gefördert. Diese Forschung wurde im Rahmen des Projekts „2014/100638 – Entwicklung der Bevölkerung und Landnutzung in den östlichen Vorpyrenäen während der jüngsten Vorgeschichte (8000–900 cal ANE)“ durchgeführt: Archäologische Analyse der Dynamik des sozialen Wandels und der Bewältigung von natürliche Ressourcen (2014-2017)'und'CLT009/18/00023-Entwicklung der Bevölkerung und Nutzung des Territoriums in den östlichen Vorpyrenäen während der jüngeren Vorgeschichte (10000-900 CAL ANE): Archäologische Analyse der Dynamik des sozialen Wandels (2018-2021)‘.

Gabriel Alcalde ist verstorben.

Katalanisches Institut für Humanpaläoökologie und soziale Evolution (IPHES-CERCA), Bildungszone 4, Campus Sescelades URV (Gebäude W3), 43007, Tarragona, Spanien

Jordi Revelles & Francesc Burjachs

Universität Rovira i Virgili (URV), Prähistorisches Gebiet, Avinguda de Catalunya 35, 43002, Tarragona, Spanien

Jordi Revelles & Francesc Burjachs

Abteilung für Geowissenschaften, Institut für Umweltverträglichkeitsprüfung und Wasserforschung (IDAEA-CSIC), Jordi Girona 18-26, 08034, Barcelona, ​​Spanien

Joan Martí Molist

ICREA, S. Lluís Companys 23, 08010, Barcelona, ​​​​Spanien

Francis Burjachs

ISEM, Universität Montpellier, CNRS, IRD, EPHE, Montpellier, Frankreich

Walter Finsinger

Human Evolution Laboratory/IsoTOPIK, Abteilung für Geschichte, Geographie und Kommunikation, Universität Burgos, Plaza Misael Bañuelos s/n, R&D Building, 09001, Burgos, Spanien

Eneko Iriarte

„Cavanilles“ Institut für Biodiversität und Evolutionsbiologie, Universität Valencia, Professor José Beltrán Martínez, 2, 46980, Paterna, Spanien

Francesc Mesquita-Joanes & Maria A. Rodrigo

Abteilung für Ökologie, Abteilung für Tierbiologie, Pflanzenbiologie und Ökologie, Autonome Universität Barcelona, ​​​​08193, Bellaterra, Katalonien, Spanien

Sergi Pla-Rabés

CREAF, Zentrum für ökologische und forstwirtschaftliche Anwendungen, 08193, Cerdanyola del Vallès, Katalonien, Spanien

Sergi Pla-Rabés

Tosca, Umweltdienste für Bildung, Casal dels Volcans, Av. Santa Coloma, 17800, Olot, Spanien

Llorenç Planagumà

Institut für Geschichte und Kunstgeschichte, Universität Girona, 17071, Girona, Spanien

Gabriel Bürgermeister

Abteilung für Vorgeschichte Gebäude B, Fakultät für Philosophie und Literatur, Autonome Universität Barcelona, ​​​​08193, Barcelona, ​​​​Spanien

Maria Sana

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JR, MS und GA konzipierten die Forschung; JR analysierte Pollen und Sedimentkohle; EI analysierte Sedimentologie und Geochemie; JMM charakterisierte Tephra; FMJ analysierte Ostrakoden; MAR analysierte Charophyten-Gyrogonite; SP analysierte Diatomeen; WF beteiligte sich an numerischen Analysen zur Brandspitzenerkennung und Alterstiefenmodellierung; Alle Autoren trugen mit wesentlichen Beiträgen von JR, JMM und EI zur endgültigen Interpretation und Erstellung des Manuskripts bei

Korrespondenz mit Jordi Revelles.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Revelles, J., Martí Molist, J., Burjachs, F. et al. Sozioökologische Auswirkungen des monogenetischen Vulkanismus im Vulkanfeld La Garrotxa (Nordost-Iberien). Sci Rep 13, 8168 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-35072-0

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Eingegangen: 07. Dezember 2022

Angenommen: 12. Mai 2023

Veröffentlicht: 20. Mai 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-35072-0

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