A trópusi régiókban (30°É-30°D) a paleoklíma rekonstrukciója nehézkes az éghajlati szezonalitást elfedő kis hőmérséklet-ingadozások és folyamatos csapadékviszonyok miatt. Azonban ezeken az alacsony szélességeken lezajló fizikai éghajlati folyamatok biztosítják a hiányzó elemeket ahhoz, hogy megértsük a Föld korábbi éghajlatának termodinamikai ciklusát a magas szélességeken. Dél-Amerikában a kevés rendelkezésre álló paleorekordot a hidrológiai változások alapján értelmezik, nem pedig a hőmérséklet miatt. Legtöbbjükben a dél-amerikai monszunrendszer (SAMS) hatása látszik, mely az ausztrál nyár (DJF) idején fordul elő, és táplálja a kontinens középső és déli részét, jelezve a nedves és száraz évszakok határozott kezdetét. Az egyenlítőhöz közeli régiókban és az Amazonas-medence perifériáján azonban a paleoklimatológiai potenciált még nem tárták fel igazán, talán az Andok domborzata által diktált összetett szezonalitás, az intertrópusi konvergencia zóna (ITCZ) kilengései által előidézett esővíz bimodalitás, valamint az archívumok kalibrálásához szükséges folyamatos műszeres feljegyzések hiánya miatt. Mindazonáltal éppen ezek a bonyodalmak adják a disszertáció újszerűségét és fókuszát. Az éghajlati szakirodalomban nyilvánvaló kétértelműség tapasztalható az ITCZ és a SAMS határait illetően, különösen Dél-Amerika északi részén, és gyakran ezt a különbségtételt homályosan fogalmazzák meg. A kifejezések ambivalenciájának kezeléséhez hosszú távú éghajlati jeleket rejtő feljegyzések szükségesek, ezért a disszertáció ezen rendszerek szisztematikus értékelésére vállalkozik a százéves és az ezredéves léptékben. Ennek a munkának a középpontjában a paleoklíma rekonstrukcióinak kidolgozása áll Ecuadorban kontinentális archívumok segítségével: barlangi karbonátok és faévgyűrűk a következő célokkal:

1. A mennyiségi hatás értékelése és az esővíz stabil izotóp-összetételének helyi vagy regionális szabályozójának azonosítása az ecuadori Andokban és az Amazonasban Ecuadorban az esővíz stabil izotópértékei (δ2Hp, δ18Op) jelentős helyi "magassági" hatást mutatnak az ország összetett domborzatának köszönhetően. Az orografikus hatásból származó változatos csapadékrendszerek (unimodális, bimodális és hárommodális) kihívást jelentenek az izotóp-összetétel és a helyi csapadékmennyiség közötti összefüggés megállapítására. Mindazonáltal a régióban található állomások az éven belüli izotóp-variabilitás hasonló mintázatát mutatják. Kiértékelem a regionális fő szabályzó (V-index) jelenlétének hipotézisét, amely meghatározza a helyi komponensek által hangolt fő izotóp-összetételben mutatkozó változékonyságot. Felmérem annak lehetőségét is, hogy az ecuadori Amazonas és Andok régiókat ne ITCZ-ként vagy SAMS-ként jelöljük meg, hanem ezen rendszerek közötti átmeneti zónaként: egy monszunvályúként (monsoon tough) (Wang et al., 2017), ahol ez a regionális vezérlő be van ágyazva. Ezt a koncepciót a kimenő hosszúhullámú sugárzás (OLR), a Lagrange-visszirányú pályák és egy általános keringési modell felhasználásával fejlesztették ki.
2. A legutóbbi évszázad hidrológiai rekonstrukciója fafajokból származó cellulóz δ18O és δ13C értékeinek felhasználásával Dendrokronológiai módszereket alkalmazva a faévgyűrű szélességét (TRW) és a cellulóz alapú δ18OTR és δ13CTR idősorokat először az Amazonas alföldről származó Cedrela nebulosa fajok felhasználásával készítettem. Térbeli és spektrális analízissel bemutatom, hogy a fa oxigén izotópjai a monszun vályúterület közepén elhelyezkedő konvektív térben (V-index) kiterjedt csapadékjelet rögzítenek. Ezzel szemben a szénizotópos jel az ITCZ kilengéseihez kapcsolódó felhősséggel mutat összefüggést. Ezek az eredmények lehetővé teszik számunkra, hogy tisztázzuk, melyik az Ecuador felett irányítást gyakorló fő esőzési rendszer (SAMS vagy ITCZ).
3. A több ezer éves múlt hidrológiai rekonstrukciója a cseppkövekből származó δ18O segítségével Közép-holocén paleocsapadék-rekonstrukciók alig találhatók Dél-Amerika északnyugati részéről. Ezért a Dino-barlangból (Dino-1) származó U-Th korolt cseppkövet elemeztem, majd pedig összehasonlítottam a regionális rekordokkal és a rendelkezésre álló éghajlati modellekkel. Ezt a munkát egy helyszíni barlangi monitoring egészíti ki. Összességében ezek a feljegyzések lehetővé teszik számunkra annak felmérését, hogy a közelmúlt éghajlati mintái is jelen voltak-e évezredes léptékben.

Paleoclimate reconstructions in tropical regions (30°N-30°S) are scarce and hindered due to the small temperature fluctuations and continuous precipitation regimes that mask the climate seasonality. However, the physical climate processes occurring at these low latitudes provide the missing elements in our understanding of the thermodynamic cycle of the Earth's past climate at high latitudes. In South America, the small number of available records are interpreted based on the changes in hydrology and not due to temperature. Most are biased towards the South American Monsoon System (SAMS), which occurs during the austral summer (DJF) and feeds the continent's central and southern parts, marking a defined onset of wet and dry seasons. However, at regions close to the equator and at the periphery of the Amazon basin, the paleoclimatological potential that can be obtained has been unexplored, perhaps due to complex seasonality dictated by the Andes topography, the rainwater bimodality brought by the Intertropical Convergence Zone (ITCZ) excursions, and lack of continuous instrumental records for the calibration of archives. Nevertheless, these intricacies are precisely what bring the novelty and focus of this dissertation. There is an evident ambiguity in the climate literature regarding the ITCZ and SAMS boundaries, especially in Northern South America, and frequently this differentiation is vaguely stated. Long-term records harboring climate signals are required to address this ambivalence of terms, so a systematic evaluation of these systems during centennial to millennial scales is undertaken in this work. The aims of the current thesis are:

1. To evaluate the amount effect and identify the local or regional controller of the rainwater stable isotopic composition in the Ecuadorian Andes and Amazon
2. To reconstruct modern centennial hydrology using δ18O and δ13C in cellulose from tree species
3. To reconstruct past millennial hydrology using δ18O from speleothems To accomplish this task, I employ standard dendrochronological techniques and karstological principles to study two terrestrial archives: speleothems and tree-rings in Central Ecuador supported by a 4-year monthly collection of precipitation for determination of its seasonal stable isotopic composition. This work employs well-established analytical techniques, including stable isotopes (2H, 18O, 13C) and radioisotopes (14C, 238U-230Th). It harnesses the vast amounts of remote and satellite data from the ERA5, CHIRPS, NCEP-NCAR, and CRU for bridging climate data gaps, along with available instrumental datasets from the GNIP and local meteorological stations. Furthermore, datasets from the PMIP4-CMIP6 and MPI-ESM-wiso for precipitation and stable isotope modeling, respectively, are utilized for mid-Holocene comparison. Pearson’s moment correlation and spectral analysis techniques are employed for the statistical treatment of time-series. Results showed that there is a coherent seasonality. The lowest precipitation δ18O values occurred during austral autumn (AMJ) and spring (ON), while higher values were found in summer (DJFM) and winter (JAS). The δ18O variability is a complex process that starts upstream at the Tropical North and South Atlantic. The generated water vapor in these regions is seasonally advected by the easterlies and transported by the Orinoco and the Equatorial mid-tropospheric easterly jet, to be finally modulated at the convective V-index region (an aerial lake at 5°S-5°N, 65°-75°W) that generates the characteristic “W-shape” rainfall isotopic pattern in the Amazonian and Andean Ecuadorian stations. Regarding the paleoclimate work, three (3) Cedrela nebulosa tree-ring chronologies were constructed: tree-ring width (TRW, 1860-2018) and oxygen and carbon stable isotopes from cellulose (1864-2018). The dendro-records showed that the ITCZ rainfall and cloudiness are the chief factors modulating the δ18O and δ13C with minimal SAMS influence in the modern climate. At the millennial scale, the Dino-1 speleothem was dated from 6856 to 5313 a (1.5 ka) and showed a coherent variability with Bond event 4, suggesting the influence of abrupt cold North Atlantic pulses. On a regional scale, a consistent unison pattern of wetness developed from early, mid-Holocene, and pre-Industrial times is observed in climate models and regional speleothem, sediments, and glacier records owing to increment in solar insolation during the Holocene in the Southern Hemisphere. In summary, I conclude that the ITCZ has been the main factor modulating the climatology in Northern South America. For paleoclimate studies, the ITCZ and SAMS systems should be addressed separately during the mid-Holocene. For calibration of modern archives at latitudes near the equator, I found evidence to lock them between ITCZ and SAMS systems in the so-called monsoon trough. Overall, this work provides evidence of the ITCZ's role in determining paleohydrology in the western Amazon and contributes to advancing and expanding the geographic frontier of tropical paleoclimatology.