Tropical Indian Ocean and East African seasonality during the Holocene: orbital forcing and ocean atmosphere interactions. (IndoOrb)
Final Report Abstract
Im Rahmen dieses Projekts wurden drei rezente und drei sub-fossile (17.-19. Jahrhundert) Korallen-Sr/Ca Zeitreihen aus dem zentralen Indischen Ozean (Chagos Archipel), sowie drei fossile (mittleres Holozän) und eine rezente Korallen-Sr/Ca und δ18O Zeitreihe aus dem westlichen Indischen Ozean (Kenia) untersucht. Diese Daten wurden verwendet, um SST und δ18O des Meerwassers zu rekonstruieren. Übergeordnetes Ziel ist es, die Ursachen für die Erwärmung des tropischen indischen Ozeans im Anthropozän besser zu verstehen und mögliche negative Auswirkungen auf das Korallenwachstum zu untersuchen. Zusätzlich wird das mittlere Holozän als mögliches Analog eines ‚warmen‘ indischen Ozeans betrachtet. Das Chagos-Archipel befindet sich am östlichen Rand des sogenannten Seychelles-Chagos-Thermocline-Ridge, in dem vermehrter Auftrieb von kühlem Ozeanwasser beobachtet wird. In situ SST-Daten wurden hier seit 2006 aufgezeichnet. Das Außenriff zeigt Abkühlung durch Auftrieb, die Lagune ist hingegen abgeschirmt. Zwei rezente Korallenkerne von verschiedenen Korallenkolonien wurden in der Lagune von Peros Banhos beprobt. Ein rezenter Korallenkern stammt aus dem äußeren Riff vor Diego Garcia. Die Sr/Ca-Zeitreihe des Kerns vom äußeren Riff weist ausgeprägte saisonale Zyklen auf, ist konsistent mit Satelliten-SST-Daten und zeigt keinen Hinweis auf Wachstumsanomalien. Die Lagunen-Kerne zeigen hingegen ein gestörtes Sr/Ca Signal ohne erkennbare Saisonalität zwischen 2003 und 2006 und die jährlichen Wachstumsraten der Korallen sind gering. Dies ist eine Reaktion auf anhaltend warme SST und thermischen Stress. Daraus lässt sich schließen, dass die Temperaturschwankungen in einem Riffgebiet von hoher Bedeutung sind, die die Sensibilität von Korallen auf warme SST-Anomalien zu bestimmen. Auf interannuellen Zeitskalen dominiert die sog. ‚El-Niño-Southern-Oscillation‘ (ENSO) das Klima des indischen Ozeans. Es wurde vorgeschlagen, dass ENSO die aktuelle Erwärmung des indischen Ozeans über eine asymmetrische Telekonnektion steuert. Drei monatlich aufgelöste Sr/Ca-Zeitreihen sub-fossiler Korallen von Chagos wurden verwendet, um vergangene SST-Anomalien zu rekonstruieren, die die Abschnitte 1675-1716 (Maunderminimum), 1836-1867 (späte Kleine Eiszeit) und 1870-1909 (frühe globale Erwärmungsphase) abdecken. Die Daten zeigen keine asymmetrische ENSO-Telekonnektion. Erwärmung (Abkühlung) während ENSO warm (kalt) Phasen haben vergleichbare Magnituden. Damit ist dieser Mechanismus vermutlich nicht für die aktuelle Erwärmung des indischen Ozeans verantworltich. Das mittlere Holozän (6.000 Jahre vor heute) stellt einen interessanten Zeitraum dar, denn die Breiten- und saisonale Verteilung der Insolation unterscheidet sich von der heutigen, wohingegen andere Klimaparameter wie das Eisvolumen und Treibhausgaskonzentrationen ähnlich der heutigen sind. Auch die mittleren Temperaturen waren höher als heute. Da der Regenfall in Ostafrika mit Änderungen der SST im tropischen Indischen Ozean gekoppelt ist, spielt Ostafrika eine entscheidende Rolle als Untersuchungsgebiet für Korallen- Klimarekonstruktionen, um die komplexen Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und Ozean im Indischen Ozean besser zu verstehen. Drei Korallenproben, datiert auf das mittlere Holozän und eine rezente Koralle aus Ostafrika (Kenia) werden verwendet, um die Saisonalität der SST und des δ18O im Meerwasser zu rekonstruieren. Sowohl rezent, als auch im mittleren Holozän folgt die Korallen-SST nicht nur der Insolation, sondern ist eindeutig durch die Monsun-Zirkulation überprägt. Dennoch wurde eine Verschiebung der saisonalen SST-Maxima zwischen heute und dem mittleren Holozän beobachtet. Dies kann auf Änderungen der Erdumlaufbahn und -rotation zurückgeführt werden. Des Weiteren ist eine verringerte Saisonalität im mittleren SST-Jahresgang zu erkennen. Dies zeigt Ähnlichkeiten zur aktuellen Erwärmung des indischen Ozeans, welche mit einer Verringerung der Saisonalität vor allem im kühleren Westen einhergeht. Die Daten sind konsistent mit vergleichbaren Daten von den Seychellen, die im Rahmen einer früheren Studie erhoben wurden.
Publications
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(2017). "Indian Ocean corals reveal crucial role of World War II bias for twentieth century warming estimates." Scientific Reports 7
Pfeiffer, M., J. Zinke, W. C. Dullo, D. Garbe-Schonberg, M. Latif and M. E. Weber
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(2019). “Reef‐scale‐dependent response of massive Porites corals from the central Indian Ocean to prolonged thermal stress: evidence from coral Sr/Ca measurements.” Geochemistry, Geophysics, Geosystems 20(3): 1468-1484
Leupold, M., M. Pfeiffer, D. Garbe‐Schönberg and C. Sheppard
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2019: Coral-based climate reconstructions in the central and western Indian Ocean from the Holocene to the present-day – Orbital forcing, internal variability and anthropogenic disturbances, Dissertation, RWTH Aachen
Maike Leupold
