Original paper

Ambiguities of relative age indicators on abandoned surfaces of arid environments

Dietze, Michael; Muhs, Sebastian; Dietze, Elisabeth

Abstract

Relative age indicators using geomorphologic and pedologic parameters are important tools for palaeoenvironmental reconstruction. Here we present results from two study areas in arid south-western North America (Mojave Desert, California, USA, and Laguna Salada, northern Baja California, Mexico), which advise using relative age indicators with care because we found no direct relationship between surface properties, soil development and age. On middle Pleistocene basalt flows with stone pavement cover in the Mojave Desert, soil properties vary largely within a small lateral distance without accompanying variation in surface properties. In Laguna Salada soils of similar maturity prevail on abandoned alluvial fan terraces of different surface characteristics. In both cases, chronosequence approaches via surficial relative age indicators explain variations in soil evolution insufficiently. Vice versa it is inappropriate to deduce surface ages from soil properties. Rather, we conclude soil and surface features represent proxies from uncoupled, independent archives. Geomorphologic processes, triggered by e.g. climatic change, have acted even on abandoned surfaces, leading to a small-scale variability of sediments and soils which do not necessarily have the same age throughout a single surface. Regarding stone pavements as dynamic surface constituents can explain diverging results of the two archives. However, a dynamic pavement has to be integrated in surface dating approaches. Using profile development indices for comparing soils from different regions has limitations stemming from inadequate standard soil profiles and regional specific climate history.

Kurzfassung

Relative Altersindikatoren, die auf geomorphologischen und pedologischen Parametern basieren, sind wichtige methodische Hilfsmittel für Paläoumweltrekonstruktionen. Wir zeigen Ergebnisse aus zwei Arbeitsgebieten im ariden Südwesten Nordamerikas (Mojave Desert, California, USA, und Laguna Salada, Baja California, Mexico), die ein eingeschränktes Potential relativer Altersindikatoren zeigen. Wir fanden keine direkten Beziehungen zwischen dem Alter geomorphologisch entkoppelter Flächen, ihren Oberflächeneigenschaften und darin stattfindender Bodenentwicklung. Auf mittelpleistozänen Basaltströmen mit Wüstenpflasterbedeckung in der Mojave Desert ändern sich Bodeneigenschaften auf kurzer lateraler Distanz sehr stark, ohne dass sich dies in variierenden Oberflächen-eigenschaftenausdrückt. Böden am Beckenrand der Laguna Salada zeigen trotz Entwicklung auf Segmenten alluvialer Schwemmfächer mit unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften stets gleiche Merkmale und sind von schwachem, jungem Entwicklungsgrad. In beiden Fällen können Chronosequenzansätze, welche auf relativen, von Oberflächeneigenschaften abgeleiteten Altersindizes basieren, die Bodenentwicklung nur mangelhaft erklären. Ebenso wenig lassen Bodeneigenschaften gesicherte Schlussfolgerungen auf das Entkopplungsalter einer Oberfläche zu. Wir fassen deshalb Boden- und Oberflächeneigenschaften als Proxies unabhängiger Archive auf. Geomorphologische Prozesse, die z.B. von Klimaänderungen gesteuert werden, finden selbst auf entkoppelten Oberflächen statt und führen zu kleinräumiger Variabilität von Sedimenten und Böden, die nicht notwendigerweise gleichen Alters sein müssen. Die Auffassung von Wüstenpflastern als dynamische Elemente von Oberflächen kann die abweichenden Ergebnisse der beiden Archive erklären. Dynamische Wüstenpflaster müssen jedoch bei Ansätzen numerischer Oberflächendatierungen berücksichtigt werden. Die Eignung von Profilentwicklungsindizes zum Vergleich von Böden unterschiedlicher Regionen ist sehr begrenzt aufgrund unzureichender Standardbodenprofile und einer regional spezifischen klimatischen Vergangenheit.

Keywords

stone pavementarid environmentaridic soilrelative age indicatorprofile development index