Sedimentology and age determinations on core PS2813-1

Die Rekonstruktion des Einflusses von Strömungen und glazialmarinen Prozessen auf das Sedimentationsgeschehen am Kontinentalhang der Antarktischen Halbinsel im westlichen Weddellmeer basiert auf sedimentologischen und geophysikalischen Daten eines Kolbenlotkerns. Der Sedimentkern wurde während des Fahrtabschnitts ANT-XIV/3 mit dem FS "Polarstern" aus einer mächtigen Levee-Struktur eines Rinnen-Rückensystems gewonnen. Es wurden sedimentologische sowie sedimentphysikalische Untersuchungen an dem Kernmaterial durchgeführt. Die texturellen Änderungen im Kern und die Variationen der gemessenen Parameter ermöglichen eine lithofazielle Gliederung und stratigraphische Einstufung der Sedimentabfolge. Die untersuchten Sedimente umfassen den Zeitraum der vier letzten Klimazyklen bis heute und repräsentieren die Ablagerungsbedingungen von mehr als 340 000 Jahren. Vier Faziestypen wurden unterschieden, die sowohl glaziale als auch interglaziale Ablagerungsräume charakterisieren. (1) Die überwiegend groblaminierten Sedimentabfolgen wurden der Laminitfazies zugeordnet. Unter glazialen Umweltbedingungen kam es infolge schwacher Bodenströmungen zur Ablagerung feinkörniger, laminierter, strömungsbetonter Sedimente. (2) Strukturlose, sehr homogene Sedimentabfolgen des Kems beschreiben einen weiteren, den Kaltzeiten zugeordneten, Faziestyp, der durch geringe Variationen in den Sedimenteigenschaften charakterisiert ist. (3) Kernabschnitte, die weitgehend strukturlos sind bzw. leichte Bioturbationen und relativ viel eistransportiertes Material aufweisen, wurden als IRD-Fazies bezeichnet. Sie repräsentiert den Übergang vom Glazial zum Interglazial, in dem sich das Schelfeis und die Meereisbeckung zurückzogen. In den Sedimenten kam es infolge der gesteigerten Kalbungsrate zur Anreicherung der Eisfracht. (4) Die relativ biogenreichen, hellen Ablagerungen wurden der interglazialzeitlichen Karbonatfazies zugeteilt. Der signifikant erhöhte Anteil planktischer Foraminiferen weist auf eine gesteigerte Bioproduktivität im Oberflächenwasser hin, die aus verstärkten jahreszeitlichen Schwankungen der Meereisbedeckung resultiert. Die betrachteten Sedimentationsprozesse, wie biologische Produktivität, Umlagerungsprozesse durch Meeresströmungen, gravitativer Sedimenttransport und Eistransport, sind das Abbild komplexer Wechselwirkungen aus Meeresspiegelschwankungen, Änderungen ozeanographischer Bedingungen und der Vereisungsdynamik. Das Sedimentationsgeschehen im Untersuchungsgebiet wurde folglich durch die Variationen der vorherrschenden Umweltbedingungen bestimmt. Im Glazial kam es unter einer geschlossenen Meereisbedeckung zur Ablagerung feinkörniger, geschichteter Sedimente. Vorwiegend Turbiditströmungen kontrollierten das Sedimentationsgeschehen innerhalb des betrachteten Rinnen-Rückensystems. Unter dem Einfluß der Coriolis-Kraft und wahrscheinlich einer Konturströmung wurden die suspendierten, feinkörnigen Partikel aus dem zentralen Bereich der Rinne verdriftet und über dem nördlichen Uferwall abgelagert. Höherenergetische gravitative Prozesse beeinflußten das Sedimentationsgeschehen episodisch und sind durch gut sortierte Ablagerungen mit erhöhten Gehalten im Mittel- bis Grobsiltbereich dokumentiert. Höhere Sedimentationsraten in den Glazialen trugen verstärkt zur Bildung des Uferwalls bei. Die Ablagerungen der ebenfalls glazialzeitlichen homogenen Fazies belegen unterschiedliche Ablagerungsbedingungen und eine Verschiebung der dominierenden Prozesse. Während des Übergangs vom Glazial zum Interglazial nahm die Bodenwasserbildungsrate durch das Aufschwimmen des Schelfeises zu, wodurch die Strömungsintensität gesteigert wurde. Eine verstärkte Eisbergaktivität wird durch die Anreichung des IRD-Materials dokumentiert. Während interglazialer Zeiten ermöglichten offen-marine Bedingungen im Südsommer eine leicht erhöhte biologische Produktivität, so daß der Ablagerungsraum durch die Sedimentation biogener Komponenten verstärkt beeinflußt wurde.

Distribution of Uvigerina proboscidea in Late Neogene sediments of DSDP Hole 22-214 in the northern Indian Ocean (Table 1)

This study attempts to understand the significance of Uvigerina proboscidea in paleoceanographic reconstructions at the northern (tropical) Indian Ocean DSDP Site 214 from the Late Miocene through the Pleistocene. In this interval at this site, U. proboscidea is the most abundant species of the benthic assemblage and shows abrupt frequency changes (about 1-74%). Based on relative percentages of U. proboscidea calibrated with oxygen and carbon isotope record and the sediment accumulation rates, the modern distribution of the species in the Indian Ocean, and other evidence, the peaks of abundance of U. proboscidea are inferred to represent times of high-surface productivity, This productivity is related to intensified trade winds during strong southwest (SW) Indian monsoons, causing widespread upwelling along equatorial divergemce in the Indian Ocean. The sudden increase of U. proboscidea abundance at approximately 8.5-7.5 Ma reflects significant upwelling at the equatorial divergence. This event corresponds to the permanent build-up of West Antarctic ice sheets, and a major increase in SW Indian monsoons related upwelling in the northwestern Indian Ocean. The Chron-6 carbon shift at approximately 6.2 Ma is marked by another peak of abundance, reflecting widespread ocean fertility. The highest abundances of U. proboscidea and highest sediment accumulation rates occur between 5.8 and 5.1 Ma, which coincidies with the greatest development of Antarctic ice sheets and strong southwest monsoons. The higher percentages at 3.2-3.1 Ma, approximately 2.4 Ma, and 1.6 Ma all represent phases of high productivity at the equatorial divergence.

Isotope characterization and estimated temperature of formation of calcite veins in ODP Sites 124-768 and 124-770 (Table 1)

Secondary carbonate minerals were recovered within the basalts at both ODP Sites 768 and 770 in the Sulu and Celebes seas. Petrographic and X-ray diffraction analyses indicate that the carbonates are calcites. Other alteration products recognized in the thin sections are smectites, iron oxides, and gypsum. The 13C values of carbonates from both sites range from 1.6 per mil to 2.3 per mil, which are indicative of inorganic carbonate formation with no contributions from 13C-depleted sources such as oxidized organic carbon or methane. The oxygen isotopes at Site 770 range from 30.8 per mil to 31.6 per mil, which indicates a pervasive circulation of cold seawater (9° to 12°C) during alteration of the Celebes Sea basalts. In contrast, carbonates associated with Site 768 basalts have less positive d18O values (21.0 per mil to 27.3 per mil). A lighter 18O isotopic signature indicates the formation of secondary calcite at either higher temperatures or in a system closed to seawater. The rapidly deposited pyroclastic flows at Site 768 would have limited water access to the crust very soon after its formation, which leads us to speculate that the carbonates in the Sulu Sea basalts were formed by isotopically modified fluids resulting from basalt alteration in a closed system.

(Table 1) Water column silicic acid concentrations and Si isotopic composition during Marion Dufresne cruise MD166 off South Africa

Silicon isotopic signatures (d30Si) of water column silicic acid (Si(OH)4) were measured in the Southern Ocean, along a meridional transect from South Africa (Subtropical Zone) down to 57° S (northern Weddell Gyre). This provides the first reported data of a summer transect across the whole Antarctic Circumpolar Current (ACC). d30Si variations are large in the upper 1000 m, reflecting the effect of the silica pump superimposed upon meridional water transfer across the ACC: the transport of Antarctic surface waters northward by a net Ekman drift and their convergence and mixing with warmer upper-ocean Si-depleted waters to the north. Using Si isotopic signatures, we determine different mixing interfaces: the Antarctic Surface Water (AASW), the Antarctic Intermediate Water (AAIW), and thermoclines in the low latitude areas. The residual silicic acid concentrations of end-members control the d30Si alteration of the mixing products and with the exception of AASW, all mixing interfaces have a highly Si-depleted mixed layer end-member. These processes deplete the silicic acid AASW concentration northward, across the different interfaces, without significantly changing the AASW d30Si composition. By comparing our new results with a previous study in the Australian sector we show that during the circumpolar transport of the ACC eastward, the d30Si composition of the silicic acid pools is getting slightly, but significantly lighter from the Atlantic to the Australian sectors. This results either from the dissolution of biogenic silica in the deeper layers and/or from an isopycnal mixing with the deep water masses in the different oceanic basins: North Atlantic Deep Water in the Atlantic, and Indian Ocean deep water in the Indo-Australian sector. This isotopic trend is further transmitted to the subsurface waters, representing mixing interfaces between the surface and deeper layers. Through the use of d30Si constraints, net biogenic silica production (representative of annual export), at the Greenwich Meridian is estimated to be 5.2 ± 1.3 and 1.1 ± 0.3 mol Si/m**2 for the Antarctic Zone and Polar Front Zone, respectively. This is in good agreement with previous estimations. Furthermore, summertime Si-supply into the mixed layer of both zones, via vertical mixing, is estimated to be 1.6 ± 0.4 and 0.1 ± 0.5 mol Si/m**2, respectively.