Zur spätquartär Zirkulation im Atlantik

Als letztes Beispiel fü die paläoozeanographisch Interpretation von Stellvertreterdaten aus benthischen Foran~iniferen in1 Konzert mit solchen, die mit Hilfe sedimentologischer und geochemischer Methoden gewonnen wurden, soll hier ein kurzer ~ b e r b l i c k iiber neuere Ergebnisse zur Tiefen- und Bodenwasserzirkulation des Siidatlantiks im Spätquartà dienen.

Es handelt sich dabei im wesentlichen um Arbeiten, die im Rahmen des Sonderforsch~~ngsbe- reiches 261 "Der Südatlanti im Spätquartä Rekonstruktion von Stoffhaushalt und Stromsy- steinen" an der Universitä Bremen in Kooperation mit dem Alfred-Wegener-Institut aus dem Teilprojekt B 2 "Paläozirkulatio des Boden- und Tiefenwassers" hervorgegangen sind (FUTTERER & MACKENSEN 1995).

Zu den spannendsten Arbeitsbereichen in der modernen Paläoozeanographi gehör der Ver- such, den EinfluI3 des Atlantiks in1 Spätquartà auf die Verstärkun oder Dämpfun sowohl der natŸrliche pleistozäne Klimaschwankungen als auch des anthropogenen Einflusses auf eben diese naürliche Klimaänderungen abzuschätze und quantitativ zu fassen. Innerhalb des Atlantiks stellt der Südatlanti das Bindeglied zwischen Antarktis und niederen Breiten dar. Der zirk~imantarktische Ringozean wiederum ist fü das weltweite Klimageschehen und fü den Stoffhaushalt des Meeres von entscheidender Bedeutung. Im antarktischen Wasser- gürte sind die Hauptbildungsgebiete der Erde fü Zwischen- und Bodenwassermassen zu fin- den. Fü die Rekonstruktion der spätquartär Konfiguration der Tiefen- und Bodenwasser- massen und ihrer Zirkulationsmuster im Südatlanti müsse daher das Antarktische Boden- wasser (AABW), das Zirkumpolare Tiefenwasser (CPDW), das Nordatlantische Tiefenwasser (NADW) und das Antarktische Zwischenwasser (AAIW) berücksichtig werden. Wichtig sind auch Daten iiber die Art der Bildung und die Menge des Ausstroms von Weddellmeertiefen- wasser ( W S D W ) und Weddelln~eerbodenwasser ( W S B W ) , den Ausgangsgliedern d e s AABW.

In den letzten Jahren wurden lieb gewonnene und z.T. schon als gesichert geltende Vorstel- lungen übe die Paläoozeanographi des Tiefen- und Bodenwassers im Südatlanti währen

des letzten glazialen Maximums infrage gestellt oder mußte relativiert werden. So zum Bei- spiel die zuletzt noch von HODELL (1993) verfochtene traditionelle Denkweise, da eine In- tensivierung der NADW-Zufuhr die Erwärmun des antarktischen Ringozeans einleitet. Die- ser kausale und zeitliche Zusammenhang ist durch CdICa Messungen an benthischen Forami- niferen aus dem Kapbecken nicht zu belegen. Vielmehr zeigt sich dort, da die NADW-Zu- fuhr w2hrend der Eisabschmelzphasen an1 geringsten ist (OPPO & ROSENTHAL 1994). Als be- sonders problematisch erwies sich auch die generelle Diskrepanz zwischen den Ergebnissen aus der Interpretation von CdICa-Verhältnisse und den stabilen Kohlenstoffisotopenverhält nissen benthischer Foraminiferen aus dem antarktischen Ringozean (BOYLE 1992; BOYLE 1994; OPPO & ROSENTHAL 1994). Währen O^C-Verhältniss eine alte und sehr nährstoff reiche zirkumantarktische Wassermasse (isotopisch leichter als im NW-Pazifik) und damit eine drastische Umkehr der heutigen Zirkulation anzeigen, deuten Cd/Ca-Verhältniss auf nur geringfügig Anderungen im Nährsalzgehal im Vergleich zum rezenten unteren CPDW hin (siehe Abschnitte 4.3 und 5.1.3). Hypothesen zur Lösun dieser Widersprüch werden dis- kutiert und miissen weiter erarbeitet werden (BROECKER 1993).

Zunächs im Einklang mit der schon als widerlegt angesehenen Alkalitätshypothes (BROECKER & PENG 1989), die eine Erhöhun der Alkalitä zur Erniedrigung des p C 0 2 im antarktischen Oberflächenwasse fordert, um den glazialen pC02 der Atmosphär um 80 ppm senken zu können wiesen HOWARD & PRELL (1994) nach, da in Gebieten, die heute von CPDW Überstriche werden, währen der Glazialzeiten die Karbonatlösun erhöh war. Diese Änderunge in der Karbonaterhaltung gingen zwar mit einer Reduktion der NADW-Zufuhr einher, jedoch kann die Verminderung von jungem, ZC02-armem NADW die geringere gla- ziale Karbonationenkonzentration irn CPDW nicht vollständi erklären Außerde soll die glaziale Lysoklinenvertiefung den Änderunge in den Zufuhrraten von NADW in den antark- tischen Ringozean vorauseilen (HOWARD & PRELL 1994). Erst ARCHER & MAIER-REIMER (1994) konnten, durch Besücksichtigun der fl-ühdiagenetische Karbonatlösun im Sediment durch mikrobiellen Abbau organischen Materials, zeigen, da die Alkalitä im antarktischen Oberflächenwasse so erhöh werden kann, da eine Erniederung des C 0 2 Gehaltes der At- mosphär auf glaziales Niveau möglic ist, ohne da die CCD im globalen Mittel weit unter den interglazialen Stand sinken muß Nach der Hypothese von ARCHER & MAIER-REIMER (1994) verursacht eine Verschiebung der organisch-C-Produktion zu Gunsten der kieseligen Primärproduzente übe die Reduktion des Karbonat/Kohlenstoffverhältnisse die Verringe- rung der Karbonatzufuhr in die Tiefsee und lös damit den Prozeà der "CaCO3 -Kompensa- tion" aus. Der in diesem Scenario geforderte erhöht pH der Tiefen- und Bodenwassermassen irn Glazial konnte kürzlic durch die Bestimmung von Borisotopenverhältnisse in benthi- sehen Foraminiferen wahrscheinlich gemacht werden (SANYAL ET AL. 1995). Schließlic

konnte die von einigen Hypothesen geforderte nordpazifische Tiefenwasserbildung i m letzten glazialen Maximum (BOYLE 1992; HERGUERA ET AL. 1992; LAUTENSCHLAGER ET AL. 1992) durch die Interpretation des thermodynamisch verursachten Anteils im glazialen 813C-Signal benthischer Foraminiferen (siehe 4.3.1) als quasi-konservativer Tracer untermauert werden (LYNCH-STIEGLITZ & FAIRBANKS 1994).

Um die oben kurz angerissenen Fragen und Problemstellungen mit neuen Stellvertreterdaten und auf einer generell breiteren Datenbasis löse zu helfen, wurden Sedin~entkerne a u s dem Südatlanti und dem Weddellmeer auf ihren Gehalt an benthischen Foran~iniferen und deren C-Isotopenz~~sammensetz~~ng hin untersucht. Die s p à ¤ t q ~ ~ a r t à ¤ r Faunenwechsel wurden an- hand der aus den Oberflächenprobe abgeleiteten ökologische Ansprüch der einzelnen Fo

GeoB1214

Q-PC1 Globocassidufina Q-PC3

Epistominella exigua subglobosa Uvigerina peregrina

(Faktorladung) (Faktorladung) (Faktorladung)

0

1

-

"- 0

.- z .- (Å

U

M ³

4

5

Abbildung 28: Benthische Foraminifercnvergesellschaftungcn in Sedimenten aus 3210 m Wassertiefe vom Wal- fisch-Rücke (aus SCHMIEDL & MACKENSEN 1997)

ran~iniferenvergesellschaftungen interpretiert, so wie sie analog aus dem Südatlanti und dem Weddellmeer abgeleitet wurden (siehe 3.3.4. und 3.3.5.). Ebenso wurden die Ergebnisse zum 513C-Einbau in F. wuellersfoifi unter saisonaler Hochproduktion, wie sie aus der Analyse der Befunde in den antarktischen Polarfrontbereichen abgeleitet wurden (siehe Abschnitt 4.3.3.), bei der Interpretation von Sedimentkernmaterial aus dem östliche Weddellmeer und dem Südatlanti berücksichtig ( B I C K E R T 1992; MACKENSEN E T AL. 1994a; SCHMIEDL &

MACKENSEN 1997; BICKERT & WEFER im Druck).

Es seien hierzu zunächs zwei Sedimentkerne vorgestellt, deren Positionen so ausgewähl wurden, da beide Kerne aus dem heutigen Einflußbereic des NADW entnommen wurden und somit n~öglich Änderunge in der Tiefenwasserzirkulation beide Kerne gleichermaße

GeoB1710

Q-PC1 Q-PC2 Q-PC3

Epistominella exigua Cassidulina lae vigata Oridorsalis umbonatus

(Faktorladung) (Faktoriadung) (Faktorladung)

0 Isotopen -Stadien

Abbildung 29: Benthische Foraniinit'erenvergesellschaftung in Sedimenten vom südwestafrikanische Kontinen- talhang aus 2987 rn Wassertiefe (aus SCHMIEDL & MACKENSEN 1997).

betreffen (SCHMIEDL 1995; SCHMIEDL & MACKENSEN 1997). Die jeweiligen rezenten Nah- rungsflüss sind jedoch deutlich verschieden. Kern GeoB 1214 stammt aus dem oligotrophen Regime des Walfisch-Rücken (Abb. 28): währen Kern GeoB1710 aus dem Einflußbereic des Küstenauftrieb mit deutlich höhere Flußrate organischer Substanz stammt (Abb. 29).

Nach diesen Untersuchungen ist eine NADW-Ausbreitung, angezeigt durch charakteristische Faunen und hohe 8^C-Verhältniss benthischer Foraminiferen, im östliche Südatlanti in- nerhalb des erfaßte Zeitraumes von etwa 450.000 Jahren ausschließlic währen der Inter- glazialzeiten erkennbar und zeigt zudem noch Unterschiede zwischen den einzelnen Warm- zeiten. Neben dem Isotopenstadium l belegen die Interglaziale 9 und 11 den stärkste NADW-Einfluß Am unteren südwestafrikanische Kontinentalhang, im Einflußbereic des Küstenauftriebs zeigen charakteristische Faunen, da die Glaziale durch einen erhöhte Fluà organischer Substanz zum Meeresboden gekennzeichnet sind, was auf eine kaltzeitliche Inten- sivierung des Küstenauftrieb zurückgefüh werden kann. Den Glazial-Interglazial-Zyklen sind höherfrequent Variationen der Hochproduktionsfaunen überlagert die eine Periode von etwa 23.000 Jahren aufweisen. Eine erhöht Produktivitä im Oberflächenwasse ist auch in den ältere Glazialen 8, 10 und insbesondere 12 der küstenferne Sedimente vom Walfisch- Rücke zu erkennen. Währen dieser Zeiten gelangten vern~utlich kalte nährstoffreich Filamente und Wirbel aus dem Mischungsbereich des Küstenauftrieb nach Westen bis in den Bereich des zentralen Walfisch-Rückens

BICKERT (1992) und BICKERT & WEFER (in1 Druck) konnten anhand einer Reihe v o n Sedi- mentkernen aus den östliche Becken des Südatlantik und aus dem Brasilienbecken nachwei- sen, da das 5'3C-Signal in Kernen aus Hochprod~~ktionsgebieten signifikant höher Glazial- /Interglazialhüb aufweist als aus Referenzkernen, die zu keiner Zeit von hohen organisch-C- Flußrate beeinfluß waren. Erst eine Reduktion der 8^C-Verhältniss um etwa 0,4 ^%O i n Zei- ten hohes Produktion führt zu einer in sich konsistenten Interpretation der Daten. MACKEN- SEN ET AL. (1994a) konnten anhand von Material aus dem Agulhasbecken weiter zeigen, da eine Verlagerung des heute mit der Polarfront assoziierten Hochproduktionsgürtel u m mehrere Breitengrade währen des Glazials zu der aus d e m Rezenten nachgewiesenen Erhöhun des Glazial/Interglazialhubes _geführ hat. Zusätzlic konnte gezeigt werden, da langfristige spätquartä Änderunge in den Nahrungsflüsse sich in entsprechenden charak- teristischen Foraminiferenfaunen widerspiegeln und, da starke Schwankungen dieser Faunen einhergegehen mit hohen Amplituden in1 8 ^ C Signal (MACKENSEN ET AL. 1989;

MACKENSEN ET AL. 1994.3: SCHMIEDL 1995, Abb. 30).