Complementary mass spectrometric techniques for the characterization of the organic fraction in atmospheric aerosols

Aerosol particles are strongly related to climate, air quality, visibility and human health issues. They contribute the largest uncertainty in the assessment of the Earth´s radiative budget, directly by scattering or absorbing solar radiation or indirectly by nucleating cloud droplets. The influence of aerosol particles on cloud related climatic effects essentially depends upon their number concentration, size and chemical composition. A major part of submicron aerosol consists of secondary organic aerosol (SOA) that is formed in the atmosphere by the oxidation of volatile organic compounds. SOA can comprise a highly diverse spectrum of compounds that undergo continuous chemical transformations in the atmosphere.rnThe aim of this work was to obtain insights into the complexity of ambient SOA by the application of advanced mass spectrometric techniques. Therefore, an atmospheric pressure chemical ionization ion trap mass spectrometer (APCI-IT-MS) was applied in the field, facilitating the measurement of ions of the intact molecular organic species. Furthermore, the high measurement frequency provided insights into SOA composition and chemical transformation processes on a high temporal resolution. Within different comprehensive field campaigns, online measurements of particular biogenic organic acids were achieved by combining an online aerosol concentrator with the APCI-IT-MS. A holistic picture of the ambient organic aerosol was obtained through the co-located application of other complementary MS techniques, such as aerosol mass spectrometry (AMS) or filter sampling for the analysis by liquid chromatography / ultrahigh resolution mass spectrometry (LC/UHRMS).rnIn particular, during a summertime field study at the pristine boreal forest station in Hyytiälä, Finland, the partitioning of organic acids between gas and particle phase was quantified, based on the online APCI-IT-MS and AMS measurements. It was found that low volatile compounds reside to a large extent in the gas phase. This observation can be interpreted as a consequence of large aerosol equilibration timescales, which build up due to the continuous production of low volatile compounds in the gas phase and/or a semi-solid phase state of the ambient aerosol. Furthermore, in-situ structural informations of particular compounds were achieved by using the MS/MS mode of the ion trap. The comparison to MS/MS spectra from laboratory generated SOA of specific monoterpene precursors indicated that laboratory SOA barely depicts the complexity of ambient SOA. Moreover, it was shown that the mass spectra of the laboratory SOA more closely resemble the ambient gas phase composition, indicating that the oxidation state of the ambient organic compounds in the particle phase is underestimated by the comparison to laboratory ozonolysis. These observations suggest that the micro-scale processes, such as the chemistry of aerosol aging or the gas-to-particle partitioning, need to be better understood in order to predict SOA concentrations more reliably.rnDuring a field study at the Mt. Kleiner Feldberg, Germany, a slightly different aerosol concentrator / APCI-IT-MS setup made the online analysis of new particle formation possible. During a particular nucleation event, the online mass spectra indicated that organic compounds of approximately 300 Da are main constituents of the bulk aerosol during ambient new particle formation. Co-located filter analysis by LC/UHRMS analysis supported these findings and furthermore allowed to determine the molecular formulas of the involved organic compounds. The unambiguous identification of several oxidized C 15 compounds indicated that oxidation products of sesquiterpenes can be important compounds for the initial formation and subsequent growth of atmospheric nanoparticles.rnThe LC/UHRMS analysis furthermore revealed that considerable amounts of organosulfates and nitrooxy organosulfates were detected on the filter samples. Indeed, it was found that several nitrooxy organosulfate related APCI-IT-MS mass traces were simultaneously enhanced. Concurrent particle phase ion chromatography and AMS measurements indicated a strong bias between inorganic sulfate and total sulfate concentrations, supporting the assumption that substantial amounts of sulfate was bonded to organic molecules.rnFinally, the comprehensive chemical analysis of the aerosol composition was compared to the hygroscopicity parameter kappa, which was derived from cloud condensation nuclei (CCN) measurements. Simultaneously, organic aerosol aging was observed by the evolution of a ratio between a second and a first generation biogenic oxidation product. It was found that this aging proxy positively correlates with increasing hygroscopicity. Moreover, it was observed that the bonding of sulfate to organic molecules leads to a significant reduction of kappa, compared to an internal mixture of the same mass fractions of purely inorganic sulfate and organic molecules. Concluding, it has been shown within this thesis that the application of modern mass spectrometric techniques allows for detailed insights into chemical and physico-chemical processes of atmospheric aerosols.rn

Formation and surface exchange of nitrous acid

Die salpetrige Säure (HONO) ist eine der reaktiven Stickstoffkomponenten der Atmosphäre und Pedosphäre. Die genauen Bildungswege von HONO, sowie der gegenseitige Austausch von HONO zwischen Atmosphäre und Pedosphäre sind noch nicht vollständig aufgedeckt. Bei der HONO-Photolyse entsteht das Hydroxylradikal (OH) und Stickstoffmonooxid (NO), was die Bedeutsamkeit von HONO für die atmosphärische Photochemie widerspiegelt.rnUm die genannte Bildung von HONO im Boden und dessen anschließenden Austausch mit der Atmosphäre zu untersuchen, wurden Messungen von Bodenproben mit dynamischen Kammern durchgeführt. Im Labor gemessene Emissionsflüsse von Wasser, NO und HONO zeigen, dass die Emission von HONO in vergleichbarem Umfang und im gleichen Bodenfeuchtebereich wie die für NO (von 6.5 bis 56.0 % WHC) stattfindet. Die Höhe der HONO-Emissionsflüsse bei neutralen bis basischen pH-Werten und die Aktivierungsenergie der HONO-Emissionsflüsse führen zu der Annahme, dass die mikrobielle Nitrifikation die Hauptquelle für die HONO-Emission darstellt. Inhibierungsexperimente mit einer Bodenprobe und die Messung einer Reinkultur von Nitrosomonas europaea bestärkten diese Theorie. Als Schlussfolgerung wurde das konzeptionelle Model der Bodenemission verschiedener Stickstoffkomponenten in Abhängigkeit von dem Wasserhaushalt des Bodens für HONO erweitert.rnIn einem weiteren Versuch wurde zum Spülen der dynamischen Kammer Luft mit erhöhtem Mischungsverhältnis von HONO verwendet. Die Messung einer hervorragend charakterisierten Bodenprobe zeigte bidirektionale Flüsse von HONO. Somit können Böden nicht nur als HONO-Quelle, sondern auch je nach Bedingungen als effektive Senke dienen. rnAußerdem konnte gezeigt werden, dass das Verhältnis von HONO- zu NO-Emissionen mit dem pH-Wert des Bodens korreliert. Grund könnte die erhöhte Reaktivität von HONO bei niedrigem pH-Wert und die längere Aufenthaltsdauer von HONO verursacht durch reduzierte Gasdiffusion im Bodenporenraum sein, da ein niedriger pH-Wert mit erhöhter Bodenfeuchte am Maximum der Emission einhergeht. Es konnte gezeigt werden, dass die effektive Diffusion von Gasen im Bodenporenraum und die effektive Diffusion von Ionen in der Bodenlösung die HONO-Produktion und den Austausch von HONO mit der Atmosphäre begrenzen. rnErgänzend zu den Messungen im Labor wurde HONO während der Messkampagne HUMPPA-COPEC 2010 im borealen Nadelwald simultan in der Höhe von 1 m über dem Boden und 2 bis 3 m über dem Blätterdach gemessen. Die Budgetberechnungen für HONO zeigen, dass für HONO sämtliche bekannte Quellen und Senken in Bezug auf die übermächtige HONO-Photolyserate tagsüber vernachlässigbar sind (< 20%). Weder Bodenemissionen von HONO, noch die Photolyse von an Oberflächen adsorbierter Salpetersäure können die fehlende Quelle erklären. Die lichtinduzierte Reduktion von Stickstoffdioxid (NO2) an Oberflächen konnte nicht ausgeschlossen werden. Es zeigte sich jedoch, dass die fehlende Quelle stärker mit der HONO-Photolyserate korreliert als mit der entsprechenden Photolysefrequenz, die proportional zur Photolysefrequenz von NO2 ist. Somit lässt sich schlussfolgern, dass entweder die Photolyserate von HONO überschätzt wird oder dass immer noch eine unbekannte, HONO-Quelle existiert, die mit der Photolyserate sehr stark korreliert. rn rn

Entwicklung von chiralen- sowie RP-HPLC-Methoden in Verbindung mit hochauflösender MS und deren Anwendung zur Analyse sekundärer organischer Aerosole in der Atmosphäre

Die Erdatmosphäre besteht hauptsächlich aus Stickstoff (78%), Sauerstoff (21%) und Edelga¬sen. Obwohl Partikel weniger als 0,1% ausmachen, spielen sie eine entscheidende Rolle in der Chemie und Physik der Atmosphäre, da sie das Klima der Erde sowohl direkt als auch indirekt beeinflussen. Je nach Art der Bildung unterscheidet man zwischen primären und sekundären Partikeln, wobei primäre Partikel direkt in die Atmosphäre eingetragen werden. Sekundäre Partikel hingegen entstehen durch Kondensation von schwerflüchtigen Verbindungen aus der Gasphase, welche durch Reaktionen von gasförmigen Vorläufersubstanzen (volatile organic compounds, VOCs) mit atmosphärischen Oxidantien wie Ozon oder OH-Radikalen gebildet werden. Da die meisten Vorläufersubstanzen organischer Natur sind, wird das daraus gebil¬dete Aerosol als sekundäres organisches Aerosol (SOA) bezeichnet. Anders als die meisten primären Partikel stammen die VOCs überwiegend aus biogenen Quellen. Es handelt sich da¬bei um ungesättigte Kohlenwasserstoffe, die bei intensiver Sonneneinstrahlung und hohen Temperaturen von Pflanzen emittiert werden. Viele der leichtflüchtigen Vorläufersubstanzen sind chiral, sowohl die Vorläufer als auch die daraus gebildeten Partikel werden aber in den meisten Studien als eine Verbindung betrachtet und gemeinsam analysiert. Die mit Modellen berechneten SOA-Konzentrationen, welche auf dieser traditionellen Vorstellung der SOA-Bil¬dung beruhen, liegen deutlich unterhalb der in der Atmosphäre gefundenen, so dass neben diesem Bildungsweg auch noch andere SOA-Bildungsarten existieren müssen. Aus diesem Grund wird der Fokus der heutigen Forschung vermehrt auf die heterogene Chemie in der Partikelphase gerichtet. Glyoxal als Modellsubstanz kommt hierbei eine wichtige Rolle zu. Es handelt sich bei dieser Verbindung um ein Molekül mit einem hohen Dampfdruck, das auf Grund dieser Eigenschaft nur in der Gasphase zu finden sein sollte. Da es aber über zwei Alde¬hydgruppen verfügt, ist es sehr gut wasserlöslich und kann dadurch in die Partikelphase über¬gehen, wo es heterogenen chemischen Prozessen unterliegt. Unter anderem werden in An¬wesenheit von Ammoniumionen Imidazole gebildet, welche wegen der beiden Stickstoff-He¬teroatome lichtabsorbierende Eigenschaften besitzen. Die Verteilung von Glyoxal zwischen der Gas- und der Partikelphase wird durch das Henrysche Gesetz beschrieben, wobei die Gleichgewichtskonstante die sogenannte Henry-Konstante ist. Diese ist abhängig von der un¬tersuchten organischen Verbindung und den im Partikel vorhandenen anorganischen Salzen. Für die Untersuchung chiraler Verbindungen im SOA wurde zunächst eine Filterextraktions¬methode entwickelt und die erhaltenen Proben anschließend mittels chiraler Hochleistungs-Flüssigchromatographie, welche an ein Elektrospray-Massenspektrometer gekoppelt war, analysiert. Der Fokus lag hierbei auf dem am häufigsten emittierten Monoterpen α-Pinen und seinem Hauptprodukt, der Pinsäure. Da bei der Ozonolyse des α-Pinens das cyclische Grund¬gerüst erhalten bleibt, können trotz der beiden im Molekül vorhanden chiralen Zentren nur zwei Pinsäure Enantiomere gebildet werden. Als Extraktionsmittel wurde eine Mischung aus Methanol/Wasser 9/1 gewählt, mit welcher Extraktionseffizienzen von 65% für Pinsäure Enan¬tiomer 1 und 68% für Pinsäure Enantiomer 2 erreicht werden konnten. Des Weiteren wurden Experimente in einer Atmosphärensimulationskammer durchgeführt, um die Produkte der α-Pinen Ozonolyse eindeutig zu charakterisieren. Enantiomer 1 wurde demnach aus (+)-α-Pinen gebildet und Enantiomer 2 entstand aus (-)-α-Pinen. Auf Filterproben aus dem brasilianischen Regenwald konnte ausschließlich Pinsäure Enantiomer 2 gefunden werden. Enantiomer 1 lag dauerhaft unterhalb der Nachweisgrenze von 18,27 ng/mL. Im borealen Nadelwald war das Verhältnis umgekehrt und Pinsäure Enantiomer 1 überwog vor Pinsäure Enantiomer 2. Das Verhältnis betrug 56% Enantiomer 1 zu 44% Enantiomer 2. Saisonale Verläufe im tropischen Regenwald zeigten, dass die Konzentrationen zur Trockenzeit im August höher waren als wäh¬rend der Regenzeit im Februar. Auch im borealen Nadelwald wurden im Sommer höhere Kon¬zentrationen gemessen als im Winter. Die Verhältnisse der Enantiomere änderten sich nicht im jahreszeitlichen Verlauf. Die Bestimmung der Henry-Konstanten von Glyoxal bei verschiedenen Saataerosolen, nämlich Ammoniumsulfat, Natriumnitrat, Kaliumsulfat, Natriumchlorid und Ammoniumnitrat sowie die irreversible Produktbildung aus Glyoxal in Anwesenheit von Ammoniak waren Forschungs¬gegenstand einer Atmosphärensimulationskammer-Kampagne am Paul-Scherrer-Institut in Villigen, Schweiz. Hierzu wurde zunächst das zu untersuchende Saataerosol in der Kammer vorgelegt und dann aus photochemisch erzeugten OH-Radikalen und Acetylen Glyoxal er¬zeugt. Für die Bestimmung der Glyoxalkonzentration im Kammeraerosol wurde zunächst eine beste¬hende Filterextraktionsmethode modifiziert und die Analyse mittels hochauflösender Mas¬senspektrometrie realisiert. Als Extraktionsmittel kam 100% Acetonitril, ACN zum Einsatz wo¬bei die Extraktionseffizienz bei 85% lag. Für die anschließende Derivatisierung wurde 2,4-Di¬nitrophenylhydrazin, DNPH verwendet. Dieses musste zuvor drei Mal mittels Festphasenex¬traktion gereinigt werden um störende Blindwerte ausreichend zu minimieren. Die gefunde¬nen Henry-Konstanten für Ammoniumsulfat als Saataerosol stimmten gut mit in der Literatur gefundenen Werten überein. Die Werte für Natriumnitrat und Natriumchlorid als Saataerosol waren kleiner als die von Ammoniumsulfat aber größer als der Wert von reinem Wasser. Für Ammoniumnitrat und Kaliumsulfat konnten keine Konstanten berechnet werden. Alle drei Saataerosole führten zu einem „Salting-in“. Das bedeutet, dass bei Erhöhung der Salzmolalität auch die Glyoxalkonzentration im Partikel stieg. Diese Beobachtungen sind auch in der Litera¬tur beschrieben, wobei die Ergebnisse dort nicht auf der Durchführung von Kammerexperi¬menten beruhen, sondern mittels bulk-Experimenten generiert wurden. Für die Trennung der Imidazole wurde eine neue Filterextraktionsmethode entwickelt, wobei sich ein Gemisch aus mit HCl angesäuertem ACN/H2O im Verhältnis 9/1 als optimales Extrak¬tionsmittel herausstellte. Drei verschiedenen Imidazole konnten mit dieser Methode quanti¬fiziert werden, nämlich 1-H-Imidazol-4-carbaldehyd (IC), Imidazol (IM) und 2,2‘-Biimidazol (BI). Die Effizienzen lagen für BI bei 95%, für IC bei 58% und für IM bei 75%. Kammerexperimente unter Zugabe von Ammoniak zeigten höhere Imidazolkonzentrationen als solche ohne. Wurden die Experimente ohne Ammoniak in Anwesenheit von Ammoni¬umsulfat durchgeführt, wurden höhere Imidazol-Konzentrationen gefunden als ohne Ammo¬niumionen. Auch die relative Luftfeuchtigkeit spielte eine wichtige Rolle, da sowohl eine zu hohe als auch eine zu niedrige relative Luftfeuchtigkeit zu einer verminderten Imidazolbildung führte. Durch mit 13C-markiertem Kohlenstoff durchgeführte Experimente konnte eindeutig gezeigt werden, dass es sich bei den gebildeten Imidazolen und Glyoxalprodukte handelte. Außerdem konnte der in der Literatur beschriebene Bildungsmechanismus erfolgreich weiter¬entwickelt werden. Während der CYPHEX Kampagne in Zypern konnten erstmalig Imidazole in Feldproben nach¬gewiesen werden. Das Hauptprodukt IC zeigte einen tageszeitlichen Verlauf mit höheren Kon¬zentrationen während der Nacht und korrelierte signifikant aber schwach mit der Acidität und Ammoniumionenkonzentration des gefundenen Aerosols.

Tracing the origin of Arctic driftwood

Arctic environments, where surface temperatures increase and sea ice cover and permafrost depth decrease, are very sensitive to even slight climatic variations. Placing recent environmental change of the high-northern latitudes in a long-term context is, however, complicated by too short meteorological observations and too few proxy records. Driftwood may represent a unique cross-disciplinary archive at the interface of marine and terrestrial processes. Here, we introduce 1445 driftwood remains from coastal East Greenland and Svalbard. Macroscopy and microscopy were applied for wood anatomical classification; a multi-species subset was used for detecting fungi; and information on boreal vegetation patterns, circumpolar river systems, and ocean current dynamics was reviewed and evaluated. Four conifer (Pinus, Larix, Picea, and Abies) and three deciduous (Populus, Salix, and Betula) genera were differentiated. Species-specific identification also separated Pinus sylvestris and Pinus sibirica, which account for ~40% of all driftwood and predominantly originate from western and central Siberia. Larch and spruce from Siberia or North America represents ~26% and ~18% of all materials, respectively. Fungal colonization caused different levels of driftwood staining and/or decay. Our results demonstrate the importance of combining wood anatomical knowledge with insight on boreal forest composition for successfully tracing the origin of Arctic driftwood. To ultimately reconstruct spatiotemporal variations in ocean currents, and to better quantify postglacial uplift rates, we recommend consideration of dendrochronologically dated material from many more circumpolar sites.

Size parameters, size-class distribution and area-number relationship of microscopic charcoal: relevance for fire reconstruction

Charcoal analysis was conducted on sediment cores from three lakes to assess the relationship between the area and number of charcoal particles. Three charcoal-size parameters (maximum breadth, maximum length and area) were measured on sediment samples representing various vegetation types, including shrub tundra, boreal forest and temperate forest. These parameters and charcoal size-class distributions do not differ statistically between two sites where the same preparation technique (glycerine pollen slides) was used, but they differ for the same core when different techniques were applied. Results suggest that differences in charcoal size and size-class distribution are mainly caused by different preparation techniques and are not related to vegetation-type variation. At all three sites, the area and number concentrations of charcoal particles are highly correlated in standard pollen slides; 82–83% of the variability of the charcoal-area concentration can be explained by the particle-number concentration. Comparisons between predicted and measured area concentrations show that regression equations linking charcoal number and area concentrations can be used across sites as long as the same pollen-preparation technique is used. Thus it is concluded that it is unnecessary to measure charcoal areas in standard pollen slides – a time-consuming and tedious process.

(Table 2) Survivorship of transplanted seedlings of Picea glauca inside and outside three tree islands in 1994, 1995, 2009 and after 15 years

The northern boundary of boreal forest and the ranges of tree species are expected to shift northward in response to climate warming, which will result in a decrease in the albedo of areas currently covered by tundra vegetation, an increase in terrestrial carbon sequestration, and an alteration of biodiversity in the current Low Arctic. Central to the prediction of forest expansion is an increase in the reproductive capacity and establishment of individual trees. We assessed cone production, seed viability, and transplanted seedling success of Picea glauca (Moench.) Voss. (white spruce) in the early 1990s and again in the late 2000s at four forest stand sites and eight tree island sites (clonal populations beyond present treeline) in the Mackenzie Delta region of the Northwest Territories, Canada. Over the past 20 years, average temperatures in this region have increased by 0.9 °C. This area has the northernmost forest-tundra ecotone in North America and is one of the few circumpolar regions where the northern limit of conifer trees reaches the Arctic Ocean. We found that cone production and seed viability did not change between the two periods of examination and that both variables decreased northward across the forest-tundra ecotone. Nevertheless, white spruce individuals at the northern limit of the forest-tundra ecotone produced viable seeds. Furthermore, transplanted seedlings were able to survive in the northernmost sites for 15 years, but there were no signs of natural regeneration. These results indicate that if climatic conditions continue to ameliorate, reproductive output will likely increase, but seedling establishment and forest expansion within the forest-tundra of this region is unlikely to occur without the availability of suitable recruitment sites. Processes that affect the availability of recruitment sites are likely to be important elsewhere in the circumpolar ecotone, and should be incorporated into models and predictions of climate change and its effects on the northern forest-tundra ecotone.

Palynology and radiocarbon dating on sediment profile PG1756 from Lake Billyakh, NE Siberia, Russia

In this study a radiocarbon-dated pollen record from Lake Billyakh (65°17'N, 126°47'E; 340 m a.s.l.) in the Verkhoyansk Mountains was used to reconstruct vegetation and climate change since about 15 kyr BP (1 kyr=1000 cal. yr). The pollen record and pollen-based biome reconstruction suggest that open cool steppe and grass and sedge tundra communities with Poaceae, Cyperaceae, Artemisia, Chenopodiaceae, Caryophyllaceae and Selaginella rupestris dominated the area from 15 to 13.5 kyr BP. On the other hand, the constant presence of Larix pollen in quantities comparable to today's values points to the constant presence of boreal deciduous conifer trees in the regional vegetation during the last glaciation. A major spread of shrub tundra communities, including birch (Betula sect. Nanae), alder (Duschekia fruticosa) and willow (Salix) species, is dated to 13.5-12.7 kyr BP, indicating a noticeable increase in precipitation toward the end of the last glaciation, particularly during the Allerød Interstadial. Between 12.7 and 11.4 kyr BP pollen percentages of herbaceous taxa rapidly increased, whereas shrub taxa percentages decreased, suggesting strengthening of the steppe communities associated with the relatively cold and dry Younger Dryas Stadial. However, the pollen data in hand indicate that Younger Dryas climate was less severe than the climate during the earlier interval from 15 to 13.5 kyr BP. The onset of the Holocene is marked in the pollen record by the highest values of shrub and lowest values of herbaceous taxa, suggesting a return of warmer and wetter conditions after 11.4 kyr BP. Percentages of tree taxa increase gradually and reach maximum values after 7 kyr BP, reflecting the spread of boreal cold deciduous and taiga forests in the region. An interval between 7 and 2 kyr BP is noticeable for the highest percentages of Scots spine (Pinus subgen. Diploxylon), spruce (Picea) and fir (Abies) pollen, indicating mid-Holocene spread of boreal forest communities in response to climate amelioration and degradation of the permafrost layer.

Palynomorph concentrations in ODP Hole 105-645B samples (Table 1)

Significant changes in terrestrial and marine environments of Baffin Bay occurred throughout the late Pliocene to Holocene. Upper Pliocene and lowermost Pleistocene sediments contain abundant pollen and spores, which indicates the existence of open, coniferous, boreal forest to forest tundra in areas surrounding Baffin Bay. The late Pliocene-earliest Pleistocene also is characterized by relatively rich, dinoflagellate cyst and acritarch assemblages of boreal character, in which the dominance of Cymatiosphaera and Peridiniaceae may indicate neritic influx of sediments. In contrast, the late-early Pleistocene to Holocene interval is marked by a sparse terrestrial and marine palynoflora, with rare productive intervals. The general paucity of the Pleistocene palynoflora suggests low primary productivity, both on land and offshore, probably caused by cold, dry, high arctic conditions.

Occurrence of mammalia relicts at site Nörre-Lyngby

Investigations at a Late Weichselian freshwater basin in northwestern Jutland, Denmark, yielded a fairly rich assemblage of vertebrate remains, mostly bones and teeth of small mammals. The remains are primarily allochthonous and the bones have been subjected to different taphonomic pathways and agents. AMS 14C-dates on terrestrial organic remains provided ages of Middle to Late Allerød time. Identifications revealed the first fossil record in Scandinavia of Rana arvalis, Sorex minutus, Ochotona cf. pusilla, Microtus gregalis, Microtus oeconomus, and Sicista cf. betulinu. Spermophilus cf. major and Desmana moschata, previously found only once and twice respectively, were retrieved, and Sorex araneus and Arvicola terrestris were recovered for the first time beyond the Atlantic chronozone. Ecologically, the Nørre Lyngby small mammal fauna can be characterized by its very high and almost equal proportions of boreal forest and steppe elements followed by a relatively high proportion of tundra elements. The fossil species share a modern area of sympatry north of the Caspian Sea from the river Volga in the west to the southern and western slopes of the Urals. If, however, the large Allerød mammals are added, the fauna is without modern analogues. The Nørre Lyngby fauna can be seen as a last expansion of the North European glacial fauna. Provided that an absolute chronology and a differentiated sea-level curve for the area can be established, the Nørre Lyngby fauna could become important for studies in mammalian dispersal and migration rates.

From patterns to processes: Phase and density dependencies in the Canadian lynx cycle

Across the boreal forest of North America, lynx populations undergo 10-year cycles. Analysis of 21 time series from 1821 to the present demonstrates that these fluctuations are generated by nonlinear processes with regulatory delays. Trophic interactions between lynx and hares cause delayed density-dependent regulation of lynx population growth. The nonlinearity, in contrast, appears to arise from phase dependencies in hunting success by lynx through the cycle. Using a combined approach of empirical, statistical, and mathematical modeling, we highlight how shifts in trophic interactions between the lynx and the hare generate the nonlinear process primarily by shifting functional response curves during the increase and the decrease phases.