Stalagmite Poster for NEGSA

Principal&Component&and&3me&series&analysis&of&a&stalagmite&
geochemical&record&from&Yucatán,&Mexico))
1
1)
Katherine)Kuklewicz ,)Amy)Frappier
1)Skidmore)College,)Department)of)Geosciences,)Saratoga)Springs,)NY)
,0.25)
4$correlated$
Prior$calcite$precipita:on$
0.50)
0.25)
,0.25)
,0.50)
0.75)
0.50)
B)
Na)
Mg)
Al)
Si)
P)
47Ti)
49Ti)
Mn)
Fe)
Rb)
Sr)
Y)
Zr)
Ba)
Ce)
Th)
U)
0.00)
PC&3&–)6.6%)variance)
Wet$climate$anomalies$
0.25)
0.00)
Discussion&
• PC1)is)sensiDve)to)weathering)and)erosion,)including)fresh)
tephra)deposiDon.)PC1)responded)to:)
• 12)known)volcanic)erupDons,)and)land,use)changes:)
Spanish)seglement,)and)Henequen)culDvaDon.)
• PC2)responds)to)prior)calcium)precipitaDon)associated)with)
dry)climate)anomalies)by)increasing)Sr)and)Mg)subsDtuDon.)
PC2)responded)to:)
• 5)volcanic)aerosol,forced)drying,)and)land,use)changes:)
Spanish)seglement,)Henequen)producDon,)and)decreased)
precipitaDon)(1600,1655).)
• PC3)is)sensiDve)to)wet)climate)anomalies.)PC3)responded)to:)
• Increased)precipitaDon,)parDcularly)(1775,1825))and)
(1885,1915),)and)Spanish)seglement)
• PC4)and)PC5)are)closely)related)to)each)other)on)>)annual)
Dme)scales,)but)are)uncorrelated)at)~weekly)Dme)scales)
• PC4)leads)during)increases)but)lags)when)decreasing)
))PC)Loading)
10)
0)
1300)
0.50)
0.25)
900)
,0.50)
0.75)
PC&5&–)5.0%)variance)
0.50)
0.25)
0.00)
,0.25)
,0.50)
700)
,10)
1600)
1500)
1700))
1800)
Year)
PC3)vs.)Dme)
5)5)
1900)
30)
2000)
30)
30)
0)0)
,5)
,5)
,30)
,30)
1300)
,30)
1100)
,10)
900)
700)
5)5)
1600)
1700))
1800)
Year)
1900)
2000)
PC4)and)PC5)vs.)Dme)
0)0)
E)
,5)
,5)
1300)
Acknowledgements&
0.00)
,0.25)
1100)
,5)
))PC)Loading)
PC&4&–&5.3%)variance)
2000)
0)
Principal)Component)3)
Principal)Component)4)and)5)
0.75)
• Apply)LA,ICP,MS)and)PC)analysis)to)the)enDre)stalagmite)
• Look)for)geochemical)and)climaDc)signals)from)major)
volcanic)events)including)1250’s,)536))
• Perform)Spectral)Analysis)on)the)PCs)to)idenDfy)hidden)
periodiciDes)
1900)
5)
1500)
Future&Work&
1700))
1800)
Year)
PC2)vs.)Dme)
,0.25)
,0.50)
1600)
1500)
))PC)Loading)
0.00)
20)
))PC)Loading)
Principal)Component)3)
+$correlated$
B)
Na)
Mg)
Al)
Si)
P)
47Ti)
49Ti)
Mn)
Fe)
Rb)
Sr)
Y)
Zr)
Ba)
Ce)
Th)
U)
PC&Loadings&
Weathering$and$erosion$
0.25)
0.75)
PC&Loadings&
ConcentraDons)normalized)to)43Ca),)NIST)610,)and)NIST)612)using)Lasy)Boy6)
Z,scores)were)calculated)in)RStudio7)
PCA)was)applied)to)standardized)data)using)the)pca$funcDon)in)RStudio7)
Used)scree)plot)and)standard)deviaDon)values)to)determine)significance)of)PC)
Each)significant)PC)was)compared)to)historical)data:)volcanic)erupDons)in)the)
Yucatán)region2,)the)land)use)change)iniDated)by)the)Spanish)conquest)
(~1542)3,)the)land)use)change)associated)with)Henequen)(Agave$Fourcroydes))
producDon)(1900,1916)3,)and)precipitaDon)anomalies5)
PC&1&–)57.4%)variance)
30)
1100)
• We)would)like)to)thank)Audrey)Wronski,)Michael)Lopez,)Bob)Jamieson,)James)
Pyburn,)Aurora)Pinkey,Drobnis,)Louise)Bolge,)Maria)Crosby,)Ryan)Cumpston,)
Rachel)Roe,Dale)and)Jordan)Stark)
References&
1. Jamieson,)R.A.,)Baldini,)J.U.L.,)Frappier,)A.B.,)Müller,)W.,)in)review.)Volcanic)ash)fall)
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stalagmite:)MulDple)overlapping)climaDc)hazards)during)the)Maya)Terminal)Classic)
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Peninsula)spanning)the)Maya)terminal)classic)period.)Earth)and)Planetary)Sci.)Legers)
298,)255,262.)
6. Sparks,)Joel,)2010.)Lasy)Boy)3.1)program.)
7. RStudio)version)0.98.1091)from)hgp://www.rstudio.com/)
900)
700)
1500)
1600)
1700))
1800)
Year)
1900)
0.8)
0.6)
0.4)
0.2)
0.0)
,0.2)1920)
,0.4)
1921)
1922)
1923)
Year)
1924)
2000)
,1.2)
,1.0)
,0.8)
,0.6)
,0.4)
,0.2)
0.0)
1925)0.2)
0.4)
0.6)
))PC5)Loading)
•
•
•
•
•
20)
PC&2&–&9.0%)variance)
• Laser)AblaDon)InducDvely)Coupled)Plasma)Mass)Spectrometry)(LA,ICP,MS))
analysis))at)Columbia)University)Lamont,Doherty)Earth)Observatory,)NY2.))
• 19)elements)were)analyzed)11B,)23Na,)26)Mg,)27Al,)29Si,)31P,)43Ca,)47Ti,)49Ti,)55Mn,)
57Fe,)85Rb,)88Sr,)89Y,)90Zr,)138Ba,)140Ce,)232Th,)and)238U)
Data&Analysis&
15)
PC1)vs.)Dme)
))PC4)Loading)
Geochemical&Analysis)
10)
40)
Legend&
&&&&&&Volcanic)ErupDon)
)))))Spanish)conquest,)1550,1585)
)))))Henequen)producDon,)
zzz1900,1916)
PrecipitaDon)(mm))
• Stalagmite)CH,1)was)dated)using))radiometric)and)layer)counDng)techniques4.))
• Refined)age)model)assuming)linear)growth)for)each)annual)layer)(Figure)3)))
5)
0.50)
,0.50)
PC&Loadings&
Age&Model&
0)
0.75)
Field&Methods&and&Sample&Prepara3on&&
• Stalagmite)CH,1:)collected)July)2007)from)Cenote)Chaltun)Ha,)Huhí,)Yucatán,)
Mexico)
• Historical)calibraDon)target)period):)last)~500)years))
• A)1.9)cm)x)2.2)cm)chip)was)cut)and)polished)for)geochemical)analysis)(Figure)2))
1990)
0.75) 0.80) 0.85)
• Figure)4)shows)loadings)for)the)first)five)PCs,)explaining)>83%)
of)the)total)variance)in)the)dataset.))
• PC1Ehigh&+&loadings&on&most&elements&
• PC2Ehigh&+&loadings&for&Mg,&Sr&
• PC3Ehigh&+&loadings&for&Zr,&Na,&B.&&–&&for&Ce,&Th,&Sr,&Mg&
• PC4Ehigh&+&loadings&for&B,&Ce,&Zr,&Na&
• PC5Ehigh&+&loading&for&B.&&–&&loadings&for&Zr,&Na,&Ce&
• Figure)5)shows)the)change)in)each)PC)vs.)Dme.)
• PC1Eresponds&to&short&lived&events&and&values&are&
persistently&high&between&1580E1600&and&1883E1915&
• PC2Eresponds&to&short&lived&events&and&values&are&
persistently&high&between&1558E1606&
• PC3Eresponds&to&short&lived&events&and&values&are&
persistently&high&between&1575E1600&and&1902E1920&
• PC4E&values&are&persistently&high&between&1575E1595&
• PC5Evalues&remain&rela3vely&consistent&
PrecipitaDon)(mm))
Figure&2.))A))Photo)
of)Stalagmite)CH,1.)
Red)box)indicates)
the)secDon)
analyzed)in)this)
study))
B))Stalagmite)chip)
showing)LA,ICP,MS)
raster)lines2)
1991)
B)
Na)
Mg)
Al)
Si)
P)
47Ti)
49Ti)
Mn)
Fe)
Rb)
Sr)
Y)
Zr)
Ba)
Ce)
Th)
U)
)))))Cenote)Chaltun,Ha)
1992)
B)
Na)
Mg)
Al)
Si)
P)
47Ti)
49Ti)
Mn)
Fe)
Rb)
Sr)
Y)
Zr)
Ba)
Ce)
Th)
U)
B
R²)=)0.999)
B)
Na)
Mg)
Al)
Si)
P)
47Ti)
49Ti)
Mn)
Fe)
Rb)
Sr)
Y)
Zr)
Ba)
Ce)
Th)
U)
A
Figure&1.&Study)site3)
Age)=),0.1493(Depth)2),)22.039(Depth))+)2003.7)
Figure&5.&Principal&component&vs.&3me&
PrecipitaDon)(mm))
By)applying)advanced)staDsDcal)analysis)to)the)mulDvariate)dataset,)we)aim)
to) separate) volcanic) erupDons) from) other) factors) such) as) changes) in) land)
use)on)the)ranch)above)the)cave,)and)climate)anomalies.)
2100)
2000)
1900)
1800)
1700)
1600)
1500)
Figure&4.&Trace&element&loadings&for&each&principal&component&(PC)&&
PC&Loadings&
Hypothesis&
Results&
Figure&3.&Refined&Age&Model4&
Depth&(mm)&
PC&Loadings&
Advanced) staDsDcal) analyses) of) paleoclimate) data) is) a) powerful) approach) to)
calibraDng) proxy) signals) of) environmental) events) and) processes.$ For)
stalagmites,) mulDvariate) geochemical) records) respond) to) subannual) variaDons)
in) environmental) trends) and) high,magnitude) events.) Although) large) trace)
element) datasets) can) pose) difficulDes) for) analysis) and) interpretaDon) due) to)
natural) processes) acDng) on) varying) Dme) scales) and) magnitudes,) Principal)
Component) Analysis) (PCA)) reduces) the) complexity) of) geochemical) data) by)
idenDfying)the)combinaDons)of)elements)which)best)explain)the)overall)pagerns)
of)variability)in)speleothems1.)This)study)seeks)to)expand)stalagmite)analysis)by)
applying) PCA) to) a) large) high,resoluDon) LA,ICP,MS) stalagmite) trace) element)
dataset)from)northern)Yucatán,)Mexico,)in)order)to)detect)signals)from)volcanic)
ash) deposiDon,) land) use) changes,) and) leads) and) lags) in) the) climate) system,)
which) can) provide) important) insights) into) climaDc) forcing) and) feedback)
mechanisms,)over)the)last)~500)years.)Future)analyses)could)extend)this)record)
of)environmental)variability)to)200)B.C.E.)
Age&(Calandar&Year)&
Introduc3on&
PC4)leads)when)increasing))))))))))))))))))))PC5)leads)when)decreasing))