The late Miocene to Pliocene constriction of the Indonesian Gateway and its impact on ocean circulation and climate
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Auswirkungen der Einengungen der indonesischen Ozeanpassage und des Panamaseeweges auf die Ozeanzirkulation sind entscheidend, um die Pliozäne Klimaentwicklung mit der Intensivierung der Nordhemisphärenvereisung zwischen 3.5-2.5 Millionen Jahren vor heute (v.h.) zu verstehen. Plattentektonische Rekonstruktionen zeigen, dass sich die Umgestaltung der indonesischen Ozeanpassage vor ca. 4-3 Millionen Jahren v.h. vollzogen hat. Modellsimulationen lassen erkennen, dass diese tektonische Umgestaltung weitreichende Folgen für die Ozeanzirkulation und das Klima hatte, einschließlich eines Wassermassenwechsels im Indonesischen Durchfluss in den Indischen Ozean. Die Intention unseres IODP/ODP-Projektes war, die klimatischen und ozeanographischen Änderungen, die durch die Einengung der indonesischen Ozeanpassage verursacht wurden, aufzuklären. Kombinierte δ18O- und Mg/Ca-Verhältnisse planktonischer Foraminiferen (marine Einzeller) sowohl von der Meeresoberfläche als auch aus tieferen Wasserstockwerken belegen, dass sich die Wärmeverteilung und die Salinität an den vier untersuchten sensitiven Kernlokationen im Indischen und Pazifischen Ozean im Zeitraum von 6-2 Millionen Jahren v.h. deutlich veränderten: DSDP Site 214 im östlichen tropischen Indischen Ozean, ODP Site 709C im westlichen tropischen Indischen Ozean, ODP Site 763A im subtropischen östlichen Indischen Ozean im Einflußbereich des Leeuwin Stroms und DSDP Site 590B vom südwestlichen Pazifik im Bereich der Tasman Front. Im Ausstrombereich des indonesischen Durchflusses (DSDP Site 214) blieben die Oberflächentemperaturen während des gesamten Pliozäns relativ konstant, während die tieferen Wassermassen (Wassertiefe von 300-450 m) salzärmer wurden und eine Abkühlung von ~4°C während 3.5-2.95 Millionen Jahren v.h. zeigten. Nach 2.95 Millionen Jahren v.h. deuteten konstant kalte Temperaturen bei salzärmeren Bedingungen im tieferen Niveau den nun überwiegenden Durchfluß von nordpazifischen Wassermassen durch die indonesische Ozeanpassage an. Diese Ergebnisse unterstützen die Hypothese von Cane and Molnar (2001), dass die Einengung der indonesischen Ozeanpassage (4-3 Millionen Jahre v.h.) zu einer wichtigen Umgestaltung des indonesischen Durchflusses geführt hat. Das Abkühlen und die Verflachung der Thermokline im tropischen Indischen Ozean könnte somit zur Abkühlung von verschiedenen (sub)tropischen Auftriebsgebieten beigetragen haben. Am Site 763 kühlten die Oberflächentemperaturen im mittleren Pliozän um ~2°C im Vergleich zu den Sites 214 und 709C ab, die im tropischen Indischen Ozean liegen. Dies deutet darauf hin, dass sich der Leeuwin Strom seit etwa 3.3 Millionen Jahren v.h. in Übereinstimmung mit den hydrographischen Änderungen in der indonesischen Durchflußregion abschwächte. Höchstwahrscheinlich führte ein reduzierter indonesischer Oberflächendurchfluß zu einem verminderten polwärts gerichteten Wärmetransport, der zu einem abgeschwächtem Leeuwin Strom mit ökologischen Folgen in Australien und zu einer Abkühlung des Benguela Auftriebsgebietes führte. Durch die Abkühlung der südlichen Indiks und Atlantiks verstärkte dieser Mechanismus die Entwicklung im Mittleren Pliozän zu augeprägteren meridionalen Temperaturgradienten. Site 590B im Bereich der Tasman Front zeigt ozeanische Einflüsse von beiden Ozeanpassagen, dem Panamaseeweg und der indonesischen Ozeanpassage. Ein sukzessives Abkühlen der Oberfläche um ~2°C und salzärmere Bedingungen während etwa 4.6-4 Millionen Jahren v.h. wurden auf die Schließung des Panamaseeweges bezogen, welcher während dieser Zeit einen kritischen Schwellenwert erreichte und wahrscheinlich den Südwestpazifik durch die einsetzende “Wärmepiraterie” der Nordhemisphäre abkühlte. Nach etwa 3.5 Millionen Jahren v.h. verstärkte die anhaltende Einengung der indonesichen Ozeanpassage vermutlich den südwärtsgerichteten Ostaustralstrom, der an Site 590B auch noch während der global zu beobachtenden kontinuierlichen pliozänen Klimaabkühlung weiterhin warme Oberflächentemperaturen erlaubte. Im Gegensatz dazu deutet das Abkühlen der tieferen Wassermassen, bei gleichzeitig salzärmeren Bedingungen, im Einklang mit einem deutlichen Anstieg der Sandfraktion auf eine verstärkte nordwärtsgerichtete Zirkulation von subantarktischen Zwischen- und Intermediären Wassermassen. Dies mag der erste Schritt in Richtung des heutigen antarktischen Frontensystems gewesen sein.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2009). Mid-Pliocene climate change amplified by a switch in Indonesian subsurface throughflow. Nature Geoscience
Karas, C., Nürnberg, D., Gupta, A. K., Tiedemann, R., Mohan, K. und Bickert, T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/ngeo520) - (2011). Pliocene climate change of the Southwest Pacific and the impact of ocean gateways. Earth and Planetary Science Letters
Karas, C., Nürnberg, D., Tiedemann, R. und Garbe-Schönberg, D.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.epsl.2010.10.028) - (2011). Pliocene Indonesian Throughflow and Leeuwin Current dynamics: Implications for Indian Ocean polar heat flux. Paleoceanography, 26 (2), PA2217
Karas, C., Nürnberg, D., Tiedemann, R. und Garbe-Schönberg, D.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1029/2010PA001949)
