Cyclic ice sheet collapses, meltwater events and proxies for a reduction of bottom water circulation along the West Antarctic Peninsula margin
Final Report Abstract
In einer diesem Forschungsprojekt vorangegangenen Arbeit wurde erstmalig auffällige Auslöschungen des magnetischen Suszeptibilitätssignals an spätmiozänen bis pliozänen Sedimentkernabschnitten aus einem Driftkörper am pazifischen Kontinentalhang der westantarktischen Halbinsel beschrieben (ODP Site 1095). Vergleichbare Signalauslöschungen können für pleistozäne und holozäne Zeitscheiben ausgeschlossen werden. Dabei konnte anhand detaillierter Analysen ausgewählter pliozäner Kernabschnitte dargestellt werden, dass diese Signalauslöschung durch eine reduktive Auslöschung von magnetischen Mineralen unter suboxischen Sedimentbedingungen erfolgt sein muss und diese regelhaft an Übergängen vom Glazial zum Interglazial auftritt, d. h. während der Abschmelzphase des kontinentalen Eisschildes. Ein eindeutiger Beweis für suboxische Bedingen, die vermutlich durch eine Kombination aus einem raschen Sedimentationswechsel und einer kurzfristig erhöhten Bioproduktivität infolge der Eisabschmelzung und einer Abschwächung der Bodenwasserdynamik hervorgerufen wurde, konnte dabei jedoch nicht erbracht werden. Gegenstand dieses Forschungsprojekts war des den fehlenden Nachweis mit Hilfe von weiteren Suszeptibilitätsmessungen, Analysen der Tonimeralzusammensetzung sowie Analysen der Uran‐ und Thorium‐Isotopenzusammensetzung und redoxsensitiver Spurenelemente zu erbringen. Untersucht wurden drei ausgewählte frühpliozäne Kernabschnitte und ein pliozäner/holozäner Referenzabschnitt. Anhand der Suszeptibilitätsmessungen und der Tonmineralzusammensetzung konnte der Nachweis erbracht werden, dass die Auslöschung des Suszeptibilitätsignals weder durch einen Verdünnungseffekt noch durch einen Wechsel der Provenienz des magnetischen Materials verursacht worden ist. Die Analysen der Zusammensetzung der Uran‐ und Thorium‐Isotopen sowie redoxsensitiver Spurenelemente zeigte jeweils eine deutliche Anreicherung im Bereich der Auslöschung des magnetischen Suszeptibilitätsignals. Die Anreicherung während der Eisabschmelzphase kann nur durch eine erhöhte Paläoproduktivität und eine niedrige Sauerstoffkonzentration des Tiefenwassers erfolgt sein. Die gute Konservierung des Uransignals kann wiederum nur durch eine hohe Sedimentationsrate von organischem Material erklärt werden. Eine niedrige Sedimentationsrate würde dagegen zu großen Eindringtiefen führen wobei das authigene Uran oxidativ wieder remobilisieren worden wäre. Basierend auf vorangegangenen Arbeiten zu dieser Driftlokation kann für das Frühpliozän folgendes Szenario gezeichnet werden: Aufgrund eines raschen Zusammenbruch des Eisschildrandes am Ende der Eisabschmelzphase kam es zu einer kurzfristigen Stratifizierung der Wassersäule und einer verstärkten Nährstoffzufuhr infolge des erhöhten Frischwassereintrag. Hohe Flußraten an organischem Kohlenstoff und eine verminderte Sauerstoffanreicherung des Tiefenwassers führte zu suboxischen Bedingungen der obersten Zentimeter der Sedimentoberfläche. Mit dem wiedereinsetzen von Tiefenwasserbedingungen mit höheren Sauerstoffkonzentration fielen die Sedimentbedingung wieder rasch in ihren oxischen Zustand zurück. Derzeit muss angenommen werden, dass dieses Phänomen regional begrenzt ist. Ein Nachweis bleibt bisher aus, da vergleichbare Lokationen, wie z. B. die Bohrlokation ODP Site 1165 am ostantarktischen Kontinentalrand, aufgrund geringerer Sedimentationsraten und Sedimentkompaktion nicht die die notwendige hohe Auflösung aufweisen. Das Phänomen kurzfristiger suboxischer Ereignisse in exponierter Lage auf einem Sedimentdriftkörper und im offenen Einflussbereich des zirkumantarktischen Polarstroms wurde für diese Tiefen bisher nicht dokumentiert.
Publications
-
2008. Late Miocene‐Pliocene ice sheet dynamic of the West Antarctic Peninsula region: A sedimentary and oceanographic view [International Geological Congress, Oslo, 6‐14 August 2008]
Hepp, D.A. and Mörz, T.
-
2009. A late Miocene‐early Pliocene Antarctic deepwater record of repeated iron reduction events. Marine Geology, 266(1‐4): 198‐211
Hepp, D.A. et al.
-
2009. Magnetic susceptibility loss at glacial‐interglacial transitions in the early Pliocene sedimentary record of ODP Site 1095 [IODP‐ICDP Kolloquium, Potsdam, 16‐18 March 2009]
Hepp, D.A., Mörz, T., Frederichs, T. and Brumsack, H.‐J.
-
2010. Early Pliocene ice sheet dynamics, ice sheet collapse and evidence for reduction of bottom water circulation along the West Antarctic Peninsula margin (ODP Site 1095) [IODP‐ICDP Kolloquium, Frankfurt, 9‐11 March 2010]
Hepp, D.A., Mörz, T., Nöthen, K.
