Geomorphological studies on the late Pleistocene and early Holocene glaciation in selected high mountain ranges in Taiwan

Abstract

Taiwan is a subtropical mountainous island situated at the tropic of cancer in the monsoonal western Pacific region. Its high mountain ranges are not glaciated at present, but since they reach nearly 4000 m they provided favourable conditions for late Pleistocene and early Holocene glacier advances. Their isolated position may provide useful high altitude paleoclimatic information for comparison with marine and continental climate archives and other glaciated areas in the region. At the beginning of this project, only little was known about former glaciations on the island based on the work of early researchers, but detailed sedimentological or chronological information was missing. This study focuses on a detailed geomorphologic field mapping and the description and analysis of glacial landforms and deposits concerning their geometry, composition and morphostratigraphical correlation. For a chronological constrain, optically stimulated luminescence and rock surface exposure dating with in situ produced cosmogenic 10Be were applied on glacigenic sediments and glacial boulders, respectively, which allows an independent temporal correlation of different geomorphologic evidences. The central Nanhuta Shan massif in NE-Taiwan had the best preserved glacial landforms and thus studies were focused there. Comparative observations were made in Hsueh Shan and in Yushan. The main finding of this study is, that glaciers advanced repeatedly in the Taiwanese mountains during the last glacial cycle. Large scale glacio-erosional landforms indicate a last glacial equilibrium line altitude below 3000 m with a depression of about 1000 m. Although, age control is still poor for this maximum stage a correlation with the marine isotope stage (MIS) 4 is assumed. Independently derived OSL and 10Be exposure ages from different small scale glacial sediments in Nanhuta Shan yielded a reliable timeframe for a Lateglacial to early Holocene stage with two possible sub-stages at 12 - 15 ka and 9.5 ka and ELA depressions of 610 m and 510 m, respectively. These results correspond basically with the paleoclimatic proxies and other glacial records from the region and suggest a larger mountain glacier extent in East Asia during the MIS 4 than during MIS 2 and a re-advance during the Lateglacial and Holocene. Full glacial advances are interpreted in terms of an increased influence of the westerly circulation, whereas Holocene glaciations seem to be related to monsoon intensification.

Die subtropische Gebirgsinsel Taiwan liegt am nördlichen Wendekreis im monsunal beeinflussten westlichen Pazifik. Ihre Hochgebirge sind gegenwärtig unvergletschert, doch bei Gipfelhöhen von fast 4000 m boten sie günstige Bedingungen für spätpleistozäne und frühholozäne Gletschervorstöße. Die isolierte Höhenlage verspricht sowohl wertvolle paläo-klimatische Informationen im Vergleich mit marinen und kontinentalen Klimaarchiven, als auch mit anderen Vergletscherungsgebieten der Region. Zu Beginn dieses Projektes war die Vergletscherungsgeschichte der Insel kaum bekannt und wenige frühe Forschungen bein-halten keine detaillierten sedimentologischen und chronometrischen Untersuchungen. Ziele dieser Arbeit waren eine detaillierte geomorphologische Beschreibung, Analyse und Kartierung von glazialen Geländeformen und Sedimenten hinsichtlich ihrer Geometrie, Zusammensetzung und morphostratigraphischer Lagebeziehung. Für eine zeitliche Eingrenzung ihrer Ablagerung wurden glaziale Sedimente und Blöcke mit optisch stimulierter Lumineszenz und in situ produziertem kosmogenem 10Be datiert, was einen unabhängigen Vergleich der verschiedenen glazialen Befunde ermöglicht. Feldarbeiten konzentrierten sich auf das Massiv des Nanhuta Shan in NO-Taiwan mit den besterhaltenen Glazialformen. Ergänzende Untersuchungen erfolgten im Hsueh Shan und Yushan. Hauptergebnis dieser Untersuchung ist der Nachweis einer mehrphasigen Vergletscherung der Taiwanesischen Gebirge während des letzten Glazialzyklus’. Glazial-erosive Großformen belegen eine Schneegrenze von unter 3000 m, was einer Absenkung von 1000 m entspricht. Bisher wenig gesicherte Datierungen deuten für die Maximalausdehnung ein Alter im marinen Isotopenstadium (MIS) 4 an. Die Datierung kleinräumiger glazialer Sedimente und Einzelblöcke im Nanhuta Shan ergab belastbare OSL- und 10Be Expositions- Alter eines spätglazialen und frühholozänen Stadiums mit möglichen Vorstößen um 12 - 15 ka und um 9.5 ka und entsprechenden Schneegrenzabsenkungen von 610 m und 510 m. Die Ergebnisse korrespondieren im Wesentlichen mit Paläoklima- Proxies und glazialen Befunden aus der Region und legen für Ostasien eine größere Gebirgsgletscherausdehnung im MIS 4 als im MIS 2 und einen spätglazialen/ holozänen Wiedervorstoß nahe. Hochglaziale Gletschervorstöße werden einem stärkeren Einfluss der Westwinddrift zugeschrieben, während holozäne Vergletscherungen mit einer Verstärkung des Monsunsystems erklärt werden.