Postglacial Climate Change in Eastern Europe: Focus on Chironomid-based Reconstruction of Summer Temperatures and Continentality

Käesolev doktoritöö uurib subfossiilsete hironomiidide (Chironomidae e. surusääsklased) kasutamist bioindikaatoritena mineviku kliimatingimuste, eriti juuli keskmise õhutemperatuuri (MJAT) ja kontinentaalsuse rekonstrueerimisel. Töö raames töötati välja kaks surusääskedel põhinevat järeldus-mudelit mida saab rakendatada seni paleoökoloogiliselt väheuuritud aladel Baltimaades ja Ida-Euroopa lauskmaa lääneosas. Et parandada meie arusaamist nende alade pärastjääaegse kliima muutlikkusest rakendati neid mudeleid kahe pärastjääaegse settejärjestuse põhjal kliimaparameetrite rekonstrueerimiseks.

Uurimistöö esimene osa tutvustab uut Soome-Balti-Poola (FBP) surusääskede andmebaasi (121 järve sette pinnaproovid), mis laiendab MJAT-i (juuli keskmine õhutemperatuur) rekonstruktsioonide geograafilist ja klimaatilist katvust Baltimaadesse ja nende lähiümbrusesse. Kanooniline korrespondentsanalüüs näitas juuli õhutemperatuuri tugevat mõju (9,1%) surusääskede koosluste jaotusele. Kaalutud keskmistamise osalise vähimruutude meetodil koostatud surusääskede põhise MJAT-järeldus-mudeli statistiline veahinnang oli madal (RMSEPboot = 0,7 °C), kinnitades seega surusääskedel põhinevate temperatuurirekonstruktsioonide suurt statistilist usaldusväärsust ka selles varem vähemuuritud piirkonnas.

Kontinentaalsuse ökoloogilist tähtsust kaasaegsete surusääskede koosluste kujundajana hinnati nii piki Ida-Euroopa lauskmaad ja Skandinaavia lõunaosa paikeval ida-läänesuunalisel transektil 51 järvest kogutud andmete, kui ka eelkirjeldatud FBP andmebaasi põhjal. Tulemused näitavad, et surusääskede kooslused reageerivad selgelt kontinentaalsuse muutustele. Kerneri okeaansusindeks oli ida-läänesuunalises andmestikus suurim muutuste selgitusjõud (18,4%), samas kui FBP andmebaasis oli kõige olulisem kontinentaalsusega seotud muutuja aastane temperatuurivahemik (ATR) (11%).

Töö viimane osa hõlmab surusääskedel põhinevate mudelite rakendamist MJAT ja ATR rekonstrueerimiseks hilisjääaja ja Holotseeni fossiilsete surusääskede kooslustele Lõuna-Eestis asuvas Nakri järves (viimased 14,5 tuhat aastat) ja Lääne-Venemaal asuvas Petrovskoe järves (viimased 10 tuhat aastat). Tulemused näitavad nii suuremaid kliimasündmusi nagu noorema Drüüase aegne jahenemine, aga ka väiksemaid sündmusi, näiteks 9–8, 7–7,5 ja 5–5,5 tuhat aastat tagasi esinenud külmemad perioodid.

Kokkuvõttes arendavad need uuringud surusääskedel põhinevate paleokliima rekonstruktsioonide metoodikat ja ruumilist rakendatavust. Tulemused aitavad süvendada arusaamist Ida-Euroopa pikaajalisest kliimadünaamikast ning annavad väärtusliku tööriista tulevaste kliimamuutuste mõju hindamiseks tundlikes magevee ökosüsteemides.

Abstract

The current PhD thesis investigates the use of fossil Chironomidae (non-biting midges) as bioindicators for reconstructing past climatic conditions, specifically mean July air temperature (T) and continentality. In the scope of the thesis, two chironomid-based inference models were developed and applied to two palaeosediment sequences in the understated in terms of Eastern Baltic and nearby areas to enhance our understanding of late Quaternary climate variability and ecosystem responses.

The first component of the study introduces a new Finno-Baltic-Polish (FBP) chironomid training set (121 lakes), extending the geographic and climatic coverage of July air T-based reconstructions into the eastern Baltic lowlands. Canonical correspondence
analysis revealed the strong influence of July air temperature 9.1% on chironomid assemblages distribution. Cross-correlated weighted averaging-partial least squares chironomid-July air T inference model revealed the robust performance values with RMSEPboot = 0.7 °С, thus reinforcing the reliability of chironomid-based temperature reconstructions in previously underrepresented regions.

Further, the ecological relevance of continentality as a driver of modern chironomid distribution was evaluated across longitudinally distributed 51 lakes in the East European Plain and southern Scandinavia, as well as in the FBP training set. The results demonstrate that chironomid assemblages exhibit clear responses to continentality gradients. Notably, the Kerner Oceanity Index revealed the highest explanatory power (18.4%) in the longitudinal continental dataset, whereas the annual temperature range (ATR) was the most critical continentality-related variable in the FBP training set (11%).

The final component of the thesis includes the application of the July air T and ATR chironomid-inferred models on the late glacial and Holocene fossil chironomid assemblages of the Lake Nakri in southern Estonia (14.5 ka years-long record) and Lake Petrovskoe in western Russia (10 ka years-long record). The results identify major climate events such as the Younger Dryas, as well as minor ones, e.g., 9.0–8.0 ka, 7–7.5 ka, and 5–5.5 ka cold events.

Together, these studies advance the methodology and spatial applicability of chironomid-based palaeoclimatic reconstructions. The findings contribute to a deeper understanding of long-term climate dynamics in Eastern Europe and offer valuable tools for future assessments of climate change impacts in sensitive freshwater ecosystems.