Für die vier Planktonforaminiferen-Arten, die sich nach den bisherigen Unter-suchungen besonders gut für SedimentkernunterUnter-suchungen eignen, wurden die O- und C-Isotopenverhältnisse gegen die geographische Breite aufge-tragen (Abb. 16-19). Dadurch zeichnen sich die breitengradabhängigen Ver-änderungen der Isotopenwerte ab. Da das Stromband des ACC besonders im westlichen Südatlantik nicht mehr strikt zonal verläuft, wurden alle Meßwerte der jeweiligen Art auf einem Nord-Süd-Schnitt zwischen 34 und 51° S auf einem longitudinalen Korridor zwischen 0 und 20° E ausgewählt (Daten im Anhang: Tab. 34).
Sauerstoff-Isotopen
Die Zusammensetzung der O-Isotopen im Gehäusekarbonat einer planktischen Foraminifere ist hauptsächlich von der Wassertemperatur und somit von der geographischen Breite abhängig. Darüberhinaus hat die Veränderung der Zusammensetzung der O-Isotopen des Meerwassers einen vernachlässigbaren Einfluß auf den 18OKarbonat-Wert (CHARLES & FAIRBANKS, 1990). Der temperaturabhängige Gradient des Oberflächenwassers beträgt dabei vom Pol
C UNTERSUCHUNGEN AN OBERFLÄCHENSEDIMENTEN
Schnitte Arten mit unterschiedlichen Lebenstiefen ausgewählt wurden (vgl. C 1.1), zeigen die Foraminiferen einen unterschiedlich großen δ18O-Gradienten.
Die flachlebende G. bulloides-F. 4 (zu den Größenklassen siehe Tab. 3) hat auf dem Schnitt einen δ18O-Gradienten von 3,07 ‰. Dabei nimmt die Tempe-ratur von ca. 19 °C bei 35° S auf ca. 4,5 °C bei 50° S ab (Abb. 16). N. pachy-derma-F. 4 lebt tiefer und zeigt auf dem gleichen Schnitt einen δ18 O-Gradient-en von 2,85 ‰ bei einer Temperaturabnahme von etwa 12 °C (Abb. 17). Ge-ringere δ18O-Gradienten von 2,30 ‰ und 2,03 ‰ weisen die in einer Tiefe von 200-250 m lebenden Arten G. truncatulinoides-F. 2 (Abb. 18) und G. inflata-F. 3 (Abb. 19) auf. Die Temperaturabnahme auf dem Nord-Süd-Profil beträgt in dieser Tiefe ca. 10 °C.
Kohlenstoff-Isotopen
Der Einbau stabiler C-Isotopen ist, anders als bei den O-Isotopen, mit kom-plexeren Vorgängen verknüpft. Die Variationen der 13CKarbonat-Werte können als Änderungen in der Produktivität interpretiert werden (BERGER et al., 1978a;
SARNTHEIN & WINN, 1990). Allerdings lassen sich diese Variationen zum Teil auch als wechselnde CO2-Austauschraten zwischen Meer und Atmosphäre deuten (CHARLES & FAIRBANKS, 1990). Im Gegensatz zum Vitaleffekt beim Einbau von O-Isotopen ist der Vitaleffekt beim Einbau von C-Isotopen tem-peraturabhängig. Aufgrund eines verlangsamten Metabolismus bei tieferen Temperaturen kommt es zu einer schwächeren Fraktionierung und die 13C/12 C-Verhältnisse liegen näher am Gleichgewicht, wenngleich immer noch zu leichteren Werten verschoben.
Bei der Primärproduktion wird bevorzugt 12C im organischen Material festge-legt. Nach der Blüte sinkt dieses organische Material ab. Dies führt zu einer relativen 13C-Anreicherung im Oberflächenwasser und gleichzeitig kommt es bei der Remineralisierung von Corg in den tieferen Wasserschichten zu einer
12C- und Nährstoff- Anreicherung (BERGER & VINCENT, 1986). Die Foramini-feren speichern beim Gehäuseaufbau die jeweilige Zusammensetzung der C-Isotopen in der Wassermasse und bilden dieser Theorie zufolge ein Abbild der jeweiligen Produktivität. Mit den δ13C-Differenzen zwischen flach- und tieflebenden Foraminiferen sollte es demnach möglich sein, Aussagen über Produktivitätsänderungen zu treffen. Ausdrücklich muß aber darauf hinge-wiesen werden, daß es noch eine Vielzahl von Faktoren gibt, wie z. B. das globale Kohlenstoffreservoir, das Alter und die Herkunft der Wassermasse, thermodynamische Fraktionierungen an der Ozean-Atmosphäre-Grenzfläche sowie biologische Effekte, die das 13C/12C-Verhältnis beeinflussen (CURRY et al., 1988; DUPPLESSY et al., 1988; SPERO & WILLIAMS, 1989; SPERO et al., 1991; MACKENSEN et al., 1993).
Die flachlebende G. bulloides und die flach/intermediärlebende N. pachyderma zeigen nach Süden schwerer werdende 13C/12C-Verhältnisse (Abb. 16 und 17).
Aufgrund erhöhter Nährstoff-Konzentrationen im Oberflächenwasser der SAZ und besonders an der APF kommt es hier zu erhöhter
Primärproduk-C UNTERSUCHUNGEN AN OBERFLÄCHENSEDIMENTEN
Abb. 16: Isotopenwerte von G. bulloides (flachlebend, < 50 m Wassertiefe) aus Oberfläch-ensedimenten, aufgetragen auf die geographische Breite. Die mittleren Positionen der Fronten im ACC sind gerastert dargestellt (Abkürzungen siehe Tab. 1).
Abb. 17: Isotopenwerte von N. pachyderma (flach/intermediärlebend, 50-100 m Wasser-tiefe) aus Oberflächensedimenten, aufgetragen auf die geographische Breite. Die mittleren Positionen der Fronten im ACC sind gerastert dargestellt (Abkürzungen siehe Tab. 1).
tivität (ALLANSON et al., 1981). Diese erhöhte Produktivität zeichnet sich in der Zusammensetzung der C-Isotopen im Gehäuse von G. bulloides ab. Auch GANSSEN (1983) und GANSSEN & SARNTHEIN (1983) zeigten, daß G. bulloides in nährstoffreichen Auftriebsgebieten im Atlantik generell schwerere δ
C UNTERSUCHUNGEN AN OBERFLÄCHENSEDIMENTEN
Abb. 18: Isotopenwerte von G. inflata (tief/intermediärlebend, 100-250 m Wassertiefe) aus Oberflächensedimenten, aufgetragen auf die geographische Breite. Die mittleren Positionen der Fronten im ACC sind gerastert dargestellt (Abkürzungen siehe Tab. 1).
Abb.19: Isotopenwerte von G. truncatulinoides (tief/intermediärlebend, 100-250 m Wasser-tiefe) aus Oberflächensedimenten, aufgetragen auf die geographische Breite. Die mittleren Positionen der Fronten im ACC sind gerastert dargestellt (Abkürzungen siehe Tab. 1).
minimal -1,15 ‰ und erreicht in der SAZ und PFZ Werte bis 0,90 ‰. Einen ähnlichen Trend zeigt N. pachyderma, allerdings mit einem geringeren Anstieg (von -0,21 ‰ auf 1,14 ‰), da N. pachyderma in einer etwas tieferen Wasserschicht lebt. G. inflata und G. truncatulinoides leben im Mittel in einer Wassertiefe von ca.100-250 m und zeigen in der Zusammensetzung der
C UNTERSUCHUNGEN AN OBERFLÄCHENSEDIMENTEN
C-Isotopen keine wesentlichen Veränderungen (Abb. 18 und 19). Sie zeichnen mit ihren Änderungen bei einer Amplitude von 0,79 ‰ bzw. 0,98 ‰ kaum die Produktivitätsraten an der Oberfläche nach. Zum gleichen Ergebnis kommen auch GANSSEN (1983), GANSSEN & SARNTHEIN (1983) und SCHNEIDER (1991) bei δ13C-Untersuchungen von G. inflata im äquatorialen Atlantik.
Möglicherweise sind die beobachteten δ13C-Variationen im Gehäuse von G.
inflata und G. truncatulinoides auf unterschiedliche δ13CΣCO2-Gehalte in den verschiedenen Wassermassen zurückzuführen.
Im relativ schwach produktiven SG ist eine starke δ13C-Differenz zwischen flach- bzw. flach/intermediärlebenden und tief/intermediärlebenden Arten ausgeprägt (Abb. 20). Bei zunehmender Produktivität wird diese Differenz geringer. Im Bereich der hochproduktiven APF ist diese Differenz kaum noch vorhanden.
Abb. 20: δ13C-Differenz zwischen flach- bzw. flach/intermediär- und tief/intermediär-lebenden Arten, aufgetragen auf die geographische Breite. Die δ13C-Werte von G. bulloides und N. pachyderma (Abb. 16, 17) wurden gemittelt, um für jede Ober-flächensedimentprobe jeweils einen Wert zu erhalten. Mit den δ13C-Werten von G. inflata und G. truncatulinoides (Abb. 18, 19) wurde entsprechend verfahren. Die mittleren Positionen der Fronten im ACC sind gerastert dargestellt (Abkürzungen siehe Tab. 1).
Unter der Annahme, daß die 13C-Differenz von verschieden tief lebenden Arten hauptsächlich produktivitätsgesteuert ist, lassen sich entsprechende Schwankungen der Differenzen in Sedimentkernen möglicherweise als qualitative Produktivitätsschwankungen deuten (vgl. D 1.3).