Zur miozäne Zirkulation um die Antarktis

Als zweites Beispiel fü die kombinierte Interpretation n~ikropaläontologischer isotopengeo- e logischer und sedimentologischer Stellvertreterdaten werden hier kurz die wesentlichen Er- gebnisse zur miozäne Paliiozirk~~lation in1 tiefen antarktischen Ozean zusammengefa§t wie sie sich nach Auswertung der ODP-Bohrungen 747, 748 und 75 1 auf dem Kerguelenplateau im Südindi darstellten (MACKENSEN 1992; MACKENSEN ET AL. 1992). Es soll, ähnlic wie bereits in Abschnitt 5.2.1 das globale Abkühlungsereigni an der Wende Eozän/Oligözà nun das ebenfalls weltweit beschriebene "n~ittelmiozän Abkühlungsereignis (SAVIN ET AL.

198 1) Mittelpunkt der Diskussion sein.

Etwa an der Oligozän/Miozän-Gren eröffnet die plattentektonische Weitung und Vertie- fung der Drakestraß den Weg fü eine zirkumantarktische Tiefenwasserzirkulation (BARKER

& BURRELL 1982). Durch einen nun entstandenen geschlossenen Zirkumpolarstrom wurde

die thermische Isolation der Antarktis verstärk und damit die weitere Vereisungsgeschichte der Antarktis maogeblich beeinfluß (vgl, dazu EHRMANN 1994). Generell zeichnet sich das Miozä durch Phasen intensiven Eisaufbaus auf dem antarktischen Kontinent aus. die von Zeiten der Erwärmun und des Eisrückzuge unterbrochen werden. MILLER ET AL. (1991), WOODRUFF & SAVIN (1991) und WRIGHT ET AL. (1992) definierten mehrere Phasen deutli- chen 51x0-Anstiegs in benthischen und tropischen planktischen Foraminiferen als stratigra- phisch nutzbare Intervalle miozäne Eiswachstums.

Die 8'80-Verhältniss an den Bohrpunkten 75 1 aus 1634 nl (57'43,6' S 1 79O48,9' E) und 747 aus 1697 m Wassertiefe (54O48,7' S /76O47,6' E) zeigen sowohl in planktischen wie auch in benthischen Foraminiferen abnehmende Werte gegen Ende des frühe Miozän (MACKENSEN ET AL. 1992; WRIGHT & MILLER 1992) (Abb. 27). Würd man der in den 70-er Jahren übli chen Annahme einer Welt ohne nennenswerte kontinentale Vereisung vor dem mittleren Mio- zä folgen (SAVIN ET AL. 1975; SHACKLETON & KENNETT 1975), so würd das einer Erwär mung der Bodenwassermasse wie des Oberflächenwasser von etwa 3 OC entsprechen. Da je- doch heute aufgrund einer wesentlich erweiterten Datenbasis von dem Beginn einer Verei

6'8 0 (%. PDB)

Abbildung 27: 6'^O-Verhältniss in henthischen (durchgezogen) und planktischen (gestrichelt) Foraminiferen aus Bohrung 75 1A, aufgetragen gegen die Teufe. Die henthischcn Werte sind auf Cibicidoides spp. bezogen und um 0.69% PDB an Gleichgewichtsbedingungen angepa8t. Zum Vergleich sind die Kalziumkarbonatgehalte des Sediments. benthische Foraminiferenvergesellschaftungen (MACKENSEN 1992) und planktische Foraminiferen- zoncn (BERGGREN 1992) gegeben (aus MACKENSEN ET A L . (1992).

sunz der Ostantarktis möglicherweis schon im späte mittleren Eozän sicher aber seit dem friihesten Oligoziin ausgegangen werden kann (siehe 5.1.1 .) ist zur Zeit nicht zu entscheiden, ob es sich bei dem Isotopensignal um Temperatur- oder Eiseffekte oder um eine Kombination derselben handelt. Erhöht Smektitgehalte auf dem Kerguelenrücke (EHRMANN 1991) könnte jedoch fü eine leichte Erwärmun währen dieser Zeit und fü eisfreie Gebiete auf dem ostantarktischen Kontinent sprechen. Eine solche Phase mögliche Erwärn~un gegen Ende des frühe Miozän ist auf dem Kerguelenrücke durch eine von Uvigerina spp. domi- nierte Fauna (Assemblage V in Abb. 27), hohe Karbonatgehalte und ziemlich niedrige benthische wie planktische &^C-Werte gekennzeichnet. Groß Differenzwerte im 6^C-Sig- nal benthischer und planktischer Foraminiferen, zusammen mit der Dominanz der Uvigerina- Fauna deuten auf eine Hochproduktionszone, die möglicherweis im Zusammenhang mit dem Auftrieb von Indischem Ozean Tiefenwasser sensu WOODRUFF & SAVIN (1989) gesehen werden kann (vgl. Kapitel 3 sowie 4.3. und 5.1.2.).

Das sogenannte mittelmiozän Abkuhlungsereignis als dominanter zweigipfliger Trend zwi- schen 14,5 und 12,5 Ma ist auf dem Kerg~~elenrücke durch einen Anstieg der durschnittli- chen &^o-Werte i m Benthos wie im Plankton um insgesamt etwa 1,2 ^%O dokumentiert (BARRERA & HUBER 1991; MACKENSEN ET AL. 1992; WRIGHT & MILLER 1992, Abb. 27).

Wenn ein Anstieg des kontinentalen Eisvolumens auf etwa heutiges Niveau mit ähnliche isotopischer Zusammensetzung der Eiskalotten angenommen wird, müß der Anstieg der 6180-Werte um mehr als 1 ^%G zusätzlic von einer Abkühlun der Wassermassen begleitet gewesen sein. Eine Quantifizierung des Eisvolumenanstieges ist aber, wenn überhaupt nur unter Zuhilfenahme anderer Stellvertreterdaten, wie z.B. der Meerespiegelkurve von HAQ ET AL. (1987) möglich Danach ist der Meeresspiegel zwischen 15 und 12 Ma, ebenfalls in zwei deutlichen Phasen, global um etwa 100 m abgesunken. Jedoch würd bei Unterstellung der- zeitiger klimatischer Verhältniss diese Absenkung einer weit stärkere Vereisung der Antarktis als heute entsprechen, da ein Abschmelzen des rezenten antarktischen Inlandeises den Meerspiegel nur zwischen 70 m und 80 n~ ansteigen lassen würd (DREWRY 1991). Auch dies ist ein Hinweis auf eine globale Abkühlun der Bodenwassermassen.

Schichtlücke in den Kernen von Bohrpunkt 751 zwischen 14,2 und 13,4 Ma und Bohrpunkt 747 zwischen 13,6 und 11,l Ma sind wahrscheinlich als Anzeiger einer im Gefolge polarer Abkuhlung und entsprechend höhere zirkumpolarer Windgeschwindigkeiten erfolgten Inten- sivierung des Zirkumpolai ,iroms zu interpretieren. In Bohrkern 751A charakterisiert eine durch Nuttallides u m b o n i j . dominierte Fauna (Assemblage I in Abb. 27) die benthische Fo- raminiferenvergesllschaftung währen des gesamten späte frühe und frühe mittleren Mio- zäns unbeeinflufit von Hiatus und mittelmiozäne Abkühlungsereignis Die Verbreitung des

N. iimbon(fer ist heute beschriinkt auf das Tiefenintervall zwischen Karbonatlysokline und CCD (3.4). Das Verbreit~ingsn~uster der benthischen Foraminiferenfa~~nen insgesamt und besonders das Auftreten N. ~ot71~oizifef-s als Anzeiger fü karbonatkorrosive Bodenwas- sermassen antarktischer Herkunft zeigen, da die Zwischen- und Bodenwasserzirk~~lation auf dem Kerguelenriickcn sich schon deutlich vor dem mittelmiozäne Abkühlungsereigni ge- iindert haben 111uà (SCHRODER-ADAMS 199 1 ; MACKENSEN 1992; MACKENSEN ET AI.. 1992).

Auch haben sich offensichtlich die Bedingungen, wie sie im spiiten frühe Miozä geherrscht haben, kurzzeitig wieder an der Grenze zwischen mittlerem und späte Mioziin etablieren könne (Abb. 27 und MACKENSEN ET AL. (1992).

Die Daten vom Kerguelenrucken zeigen, da der Faunenumschwung im frühe mittleren Mioziin nicht einfach als Reaktion auf eine globale Bodenwasserabkühlun zu sehen ist. Weit wahrscheinlicher erfolgten die Änderunge in der Zusamn~ensetzung benthischer Foraminife- renfaunen (vgl. Kap. 3) als Reaktion auf eine Reihe spezifischer Umweltveriinderungen, zu denen eine regionale Bodenwasserabkühl~~n zähle mag, die aber letztlich auf klimatisch und tektonisch gesteuerte ~ n d e r u n g e n in den ozeanischen Zirkulations- und Produktionsverhält nissen zuriickgefiihrt werden müsse (DOUGLAS & WOODRUFF 1981; WOODRUFF ^ET AL.

198 1 : WOODRUFF 1985; WOODRUFF & SAVIN 1989). In Ubereinstimmung mit diesen Ergeb- nissen stehen die Ergebnisse aus dem äquatoriale Pazifischen Ozean, in dem sich die benthi- schen Faunen schon einige Millionen Jahre vor den mittelmiozäne Abkühlungsphase zu än dem begannen (THOMAS & VINCENT 1987; THOMAS 1992a). I m Gegensatz zu den benthi- schen Foraminiferen auf dem Kerguelenrücke belegen jedoch planktische Nannofossilien durch eine Diversitätsabnahm und durch verstiirktes Auftreten Kaltwasser liebender Arten eine Oberfliichenwasserabkiihl~~ng, die einhergeht mit den mittelmiozäne Abküh1~1ngspha'-:z (WISE ET AL. 1985).

Eine intensivierte Vereisung der mindestens seit dem untersten Oligozä vereisten Ostantark- tis irn Mittelmiozä könnt durch eine leichte Zunahme des eistransportierten Materials in Se- dimenten von der Maudkuppe (KENNETT & BARKER 1990) und aus dem Siidpazifik (MARGOLIS ET AL. 1977) angezeigt werden. Ein solcher Anstieg ist dagegen auf dem Kergu- elenrücke nicht zu beobachten (EHRMANN 1991; BREZA & WISE 1992). Dort weist die Do- minanz der detritischen Tonminerale Illit und Chlorit auf eine intensive physikalische Verwit- terung auf dem antarktischen Kontinent hin (EHRMANN 1994).

Als hinreichend gesicherte Aussage zur ozeanischen Zirkulation läà sich festhalten, da kar- bonataggressive Tiefenwassermasse~i vermutlich antarktischer Herkunft bereits im späte frü hen Mioziin. lange vor dem herausragenden sogenannten "mittel~niozäne Abkiihl~~ngsereig-

nis" den Kerg~~elenrücke gepräg haben. In welchem Maß eine globale Abkiihlung des tie- fen Ozeans mit einer Intensivierung der ostantarktischen Vereisung oder möglicherweis auch schon dem Beginn einer Vereisung der Westantarktis unter Ausbildung von Schelfeisgebieten in Wcddell- und R o s s n ~ e e r im mittleren Miozä einherging, bleibt weiterhin ungeklär (vgl.

hierzu EHRMANN 1994).