Das Arbeitsgebiet umfaßt Regionen mit sehr unterschiedlichen rezenten Sedi-mentbedeckungen (Abb. 5). Im mittleren und östlichen Südatlantik dominieren Kalkschlämme, während sich die Sedimente des westlichen Südatlantiks überwiegend aus Tonen zusammensetzen (BERGER, 1974; BISCAYE et al., 1976; PETSCHIK & KUHN, 1994). Der Meeresboden im atlantischen Sektor des antarktischen Ringozeans ist dagegen überwiegend mit biogenen Opal-schlämmen bedeckt. Dabei ist die Sedimentzusammensetzung abhängig von der Produktion biogener Komponenten im Oberflächenwasser und deren Erhaltung auf dem Weg durch die Wassersäule sowie vom Eintrag terrigener Komponenten (ELLIS & MOORE, 1973; THUNELL, 1982; BALSAM & MCCOY, 1987).
Die pelagische Sedimentation entlang der Rückensysteme (vgl. A 3.1) wird überwiegend durch die Produktion und Ablagerung biogener Karbonate be-stimmt. Diese Karbonate sind im wesentlichen durch Gehäuse planktischer Foraminiferen, und im nördlichen Beprobungsgebiet, nördlich der STF, zusätzlich durch Bruchstücke von Coccolithophoriden aufgebaut. Im Norden des Beprobungsgebietes liegen die Karbonatgehalte über 90 % (VINCENT &
BERGER, 1981). Nach Süden hin nimmt der Karbonatgehalt bis auf ca. 15 % ab. Der Anteil des biogenen Opals, welcher hauptsächlich durch Diatomeen und Radiolarien aufgebaut wird, nimmt entsprechend zu. Im sogenannten Opalgürtel, welcher sich im Süden an das Beprobungsgebiet anschließt, sind die Sedimente fast ausschließlich aus biogenem Opal aufgebaut (DEMASTER, 1981).
Der primäre Anteil biogener Karbonatkomponenten verändert sich durch Lösungsprozesse in Abhängigkeit von Wassertiefe, Hydrographie und Abbau organischer Substanz. Kommen die Karbonatkomponenten unterhalb der Lysokline (im Mittel zwischen 3500 und 4000 m Wassertiefe) zur Ablagerung (BERGER, 1970), werden zuerst schwach kalzifizierte Gehäuse und Schalen weggelöst (BERGER et al., 1982). In größeren Wassertiefen nimmt die CO32- -Untersättigung zu und zwischen 4000 und 5000 m wird die Kalzit-Kompen-sationstiefe erreicht (BERGER & WINTERER, 1974). In diesen mittleren Tiefen
A EINLEITUNG
Abb. 5: Schematisierte Verteilung der holozänen Sedimentbedeckung im Arbeitsgebiet (nach BARRON & WHITMAN, 1981, teilweise verändert). Ozeanische Fronten nach PETERSON & STRAMMA (1991), vgl. A 3.2.
Lösungsprozessen kann es auch bei geringeren Wassertiefen kommen, wenn erhöhte Primärproduktivität, mit nachfolgendem Abbau organischer Substanz in der Wassersäule, zur Anreicherung von CO2 und damit zur Untersättigung von CO 32- führt. Im Untersuchungsgebiet führt dieser Prozeß zeitweilig am namibischen Kontinentalhang zu Karbonatlösung.
Im Südatlantik liegen die rezenten Sedimentationsraten im Mittel unter 4 cm/ka (BALSAM & MCCOY, 1987). Auf den Rückensystemen gehen sie jedoch zurück und liegen zum Teil unter 2 cm/ka. Sedimentationsraten um 6 cm/ka werden entlang der Kontinentalhänge durch die Kombination von er-höhter biogener Produktion und vermehrtem äolischem Eintrag erreicht. Süd-lich der Polarfront, im Opalgürtel, liegen die Sedimentationsraten durch die extrem hohe biogene Produktion bei bis zu 50 cm/ka (DEMASTER, 1981;
GERSONDE & PÄTZOLD, 1992). Höchste Sedimentationsraten mit bis zu 200 cm/ka werden vor Flußmündungen beobachtet (SCHNEIDER, 1991;
GINGELE, 1992).
B MATERIAL UND METHODEN
B MATERIAL UND METHODEN
B 1 Probenentnahme und Aufbereitung
Für die vorliegende Arbeit stand Probenmaterial von acht Expeditionen mit den Forschungsschiffen "POLARSTERN" und "METEOR" aus dem Zeitraum zwischen 1987 und 1992 zur Verfügung (Tab. 2). Insgesamt wurden Sedimente von 79 Oberflächen- und drei Kernpositionen bearbeitet (Abb. 6). Die Positionen der Sedimentproben sind im Anhang angegeben (Tab. 17).
Tab. 2: Auflistung der Expeditionen, in deren Verlauf das bearbeitete Sedimentmaterial gewonnen wurde (Abkürzungen siehe Tab. 1).
Expeditionen Gebiet Sedimentproben Fahrtberichte mit FS "POLARSTERN" Oberflächen/Kerne
ANT VI/3 12.1987-3.1988
südlich der APF 1 FÜTTERER, 1988
ANT VIII/3
Scotia Sea 11 GERSONDE, 1993
ANT X/6
Südost-Atlantik 9 SCHULZ et al., 1992
M 23/1 2.1993
Äquatorialer Südatlantik
11 BLEIL et al., 1994
Von den 79 Oberflächensedimentproben wurden 59 Proben isotopisch und 75 faunistisch bearbeitet. Die Proben wurden überwiegend mit dem Multicorer (MUC), und dem Minicorer (MIC), zum Teil auch mit dem Großkastengreifer (GKG) gewonnen. Mit diesen Geräten, in besonders hohem Maße mit dem MUC und dem MIC, werden weitestgehend ungestörte Sedimentoberflächen-proben gewonnen (BARNETT et al., 1984; WEAVER & SCHULTHEISS, 1990). Die Güte dieser Proben läßt sich schon daran erkennen, daß häufig noch Benthos in Lebendstellung und eine Phytodetritus-Lage knapp über der
Sediment-B MATERIAL UND METHODEN
B MATERIAL UND METHODEN
(BILLETT et al., 1983; THIEL, 1988/89). Nachdem die Geräte wieder an Bord gehievt waren, wurden ein bis zwei mit Sediment gefüllte PVC-Rohre (∅ 6 cm oder ∅ 10 cm) beprobt. Dazu wurden die obersten 0,5 cm bzw. der oberste cm von der Sedimentoberfläche (ca. 20 cm2) mit einem Messer abgehoben. Die feuchten Proben wurden in 10 ml Polysteroldosen verpackt, beschriftet und bis zur weiteren Aufbereitung im Kühlraum bei 4 °C gelagert.
Auf einem Nord-Süd-Profil zwischen Afrika und der Bouvet-Insel wurden drei Kerne isotopisch und zwei Kerne davon faunistisch bearbeitet. Zur Gewinnung weicher Sedimente werden Kerngeräte wie das Kolbenlot und das Schwerelot eingesetzt. Nähere Beschreibungen zum Einsatz dieser Kerngeräte geben u. a.
CORDES (1990) und MELLES (1991). Nach Hieven des Gerätes an Bord des Schiffes wurden die mit Sedimenten gefüllten PVC-Rohre in Meterstücke geschnitten, beschriftet und bis zur weiteren Bearbeitung bei 4 °C gelagert. Der Sedimentkern PS2076-3 wurde bereits an Bord von FS "POLARSTERN"
geöffnet, während die zwei anderen Sedimentkerne (PS1754-1, PS1768-8) erst im Labor des Alfred-Wegener-Instituts bearbeitet wurden. Die Proben wurden in einem kontinuierlichen Abstand von 5 bzw. 10 cm entnommen. In Bereichen mit markanten lithologischen Wechseln wurde der Probenabstand verkürzt.
Aus den ca. 1,5 cm breiten Beprobungshorizonten wurden mittels Spritze und Spatel parallele Proben für sedimentologische und mikropaläontologische Untersuchungen genommen. Die Probenmenge für die faunistische und isotopische Bearbeitung planktischer Foraminiferen betrug ca. 35 cm3.
Die weitere Aufbereitung der Oberflächen- und Kernproben war identisch. Zum Abtrennen der Silt- und Tonfraktion wurde die Probe mit einem weichen Wasserstrahl über einem 63 µm Sieb geschlämmt. Der Probenrückstand wurde mit etwas entsalztem Wasser gewaschen und bei 50 °C getrocknet. Zur weiteren Bearbeitung wurden die Proben, je nach verbliebener Menge, in 10 bis 50 ml große Schnappdeckelgläser abgefüllt, beschriftet und trocken ge-lagert.
B 2 Untersuchung der stabilen Sauerstoff- und Kohlenstoff-Isotopenverhältnisse
Im Arbeitsgebiet weisen die pelagischen Sedimente, abhängig von der geo-graphischen Breite, sehr unterschiedliche, nach Süden hin abnehmende Karbonatgehalte auf. Das Karbonat wird überwiegend von Gehäusen ver-schiedener planktischer Foraminiferen-Arten (Taxonomie im Anhang: H 2) aufgebaut. Diese Foraminiferen zeichnen in ihrem Gehäusekarbonat die isotopische Zusammensetzung des sie umgebenden Meerwassers mit seinen gelösten Substanzen auf. Durch Messungen mit einem Massenspektrometer wurden die Häufigkeitsverhältnisse stabiler Sauerstoff-Isotope (18O/16O) und
B MATERIAL UND METHODEN