Age determination, planktic foraminifera and stable istopes of sediment core MSM05/5_712-2

A sediment core from the West Spitsbergen continental margin was studied to reconstruct climate and paleoceanographic variability during the last ~9 ka in the eastern Fram Strait. Our multiproxy evidence suggests that the establishment of the modern oceanographic configuration in the eastern Fram Strait occurred stepwise, in response to the postglacial sea-level rise and the related onset of modern sea-ice production on the shallow Siberian shelves. The late Early and Mid Holocene interval (9 to 5 ka) was generally characterized by relatively unstable conditions. High abundance of the subpolar planktic foraminifer species Turborotalita quinqueloba implies strong intensity of Atlantic Water (AW) inflow with high productivity and/or high AW temperatures, resulting in a strong heat flux to the Arctic. A series of short-lived cooling events (8.2, 6.9. and 6.1 ka) occurred superimposed on the warm late Early and Mid Holocene conditions. Our proxy data imply that simultaneous to the complete postglacial flooding of Arctic shallow shelves and the initiation of modern sea-ice production, strong advance of polar waters initiated modern oceanographic conditions in the eastern Fram Strait at ~5.2 ka. The Late Holocene was marked by the dominance of the polar planktic foraminifer species Neogloboquadrina pachyderma, a significant expansion of sea ice/icebergs, and strong stratification of the water column. Although planktic foraminiferal assemblages as well as sea surface and subsurface temperatures suggest a return of slightly strengthened advection of subsurface Atlantic Water after 3 ka, a relatively stable cold-water layer prevailed at the sea surface and the study site was probably located within the seasonally fluctuating marginal ice zone during the Neoglacial period.

Microflora from Molasse sediments in southern Germany

1. Polleninventar: Erstmals wurde der Sporomorpheninhalt der Süssbrackwassermolasse und der Oberen Süsswassermolasse Südbayerns einer umfassenden Sichtung unterzogen. Von den überprüften 92 Fundstellen erwiesen sich 55 als sporomorphenführend. Nur 15 davon waren so ergiebig, daß ihr Inhalt quantitativ erfaßt und als Grundlage für die Erstellung eines Diagramms herangezogen werden konnte. Dennoch weist der systematische Katalog 272 Formen auf. Dies ist eine im Vergleich mit anderen, in neuerer Zeit bearbeiteten neogenen Pollenfloren Mitteleuropas sehr große Zahl, wie folgende Angaben belegen: Niederrheinische Braunkohle 175 Arten, Braunkohle der Oberpfalz 138 Arten, subalpine Flözmolasse Bayerns 93 Arten und subalpine Molasse der Ostschweiz und der zentralen und westlichen Paratethys 219 Arten. Dieser Reichtum erklärt sich unschwer aus der Größe des Untersuchungsgebietes, das vom Allgäu im Westen bis an die Salzach im Osten reichte. Überwiegend gehören die nachgewiesenen Formen gutbekannten Arten bzw. Formenkreisen an. Deshalb wurde lediglich die Aufstellung von 2 neuen Gattungen, 19 neuen Arten sowie 5 Neukombinationen nötig. Neue Genera: Nr. (165) Ludwigiapollis Nr., (248) Caesalpiniaceaepollenites, 311 Neue Spezies: (039) Polypodiaceoisporltes subtriangularis, (046) P. pityogrammoides, (067) Perinomonoletes imperfectus, (124) Cycadopltes gemmatus, (125) C. concinus, (133) Lillacidites tener, (137) Nupharipollenites microechinatus, (150) Polyporopollenites nanus, (161) Porocolpopollenites subrotundus, (165) Ludwigiapollis labiatus, (169) Sporotrapoidites cucculatus, (190) Tricolpopollenites cribosus, (192) T. variabilis, (204) Tricolporopollenites pulcher, (210) T. operculiferus, (213) T. pseudomarcodurensis, (217) T. magnolaevigatus, (245) Umbelliferaepollenites achldorfensis, (248) Caesalpiniaceaepollenites antiquus Neukombinationen: (081) Pityosporites koraensis, (128) Magnoliaepollenites magnolioides, (130) M. graciliexinus, (168) Sporotrapoidites erdtmannii, (177) Chenopodipollis psilatoides. Für die meisten der vorgefundenen Sporomorphen sind die Lieferpflanzen bereits bekannt. Dennoch gingen parallel zur Bestimmung, d.h. der Zuordnung der Funde zu Gruppen des morphographischen Sporomorphensystems, die Bemühungen auch dahin, solche Lieferpflanzen, v.a. der selteneren oder neu gefundenen Sporomorphen, zu ermitteln; einige der neuen Arten sind in ihrer Verwandtschaft eindeutig, was durch die Benennung zum Ausdruck gebracht wird (s.o). Für die Mehrzahl der neuen Spezies und für viele bisher in ihrer Verwandtschaft unklare Formen ließ sich die botanische Deutung zumindest eingrenzen. Dies gelang für 148 Formen. Es handelt sich dabei teils um subtropisch-tropische Gewächse, teils aber auch um Pflanzen gemäßigter Klimata. Für genaue Zuweisungen sind jedoch umfangreiche Rezentvergleiche nötig, die einer eigenen Bearbeitung vorbehalten bleiben müssen. Auch einige als Sammelgruppen behandelte Formenkreise erfordern für eine Aufgliederung detailliertere Untersuchungen als sie in diesem Rahmen durchführbar waren. (z. B. Tricolpopollenites asper, T. sp. 2 u.a.). Andere Formen und Gattungen wiederum erwiesen sich dagegen als viel zahlreicher und leichter differenzierbar als bisher angenommen (z. B. Pinaceen, Magnoliaceen, Cyperaceen). In diesem Zusamenhang ist auch zu erwähnen, daß von Hemitrapa zwei Arten mit offensichtlich stratigraphischer Aussagekraft unterscheidbar sind; die Interpretation von Tricolporopol1enltes wackersdorfensis sensu MOHR & GREGOR (1984) als Gleditsia muß nach vorliegenden Erkenntnissen dagegen in Frage gestellt werden. Für 36 Formspezies blieb die Lieferpflanze völlig unbekannt oder es lassen sich höchstens vage Vermutungen anstellen. 2. Biostratigraphie: Fragen der Brauchbarkeit von Mikrofloren für die stratgraphische Gliederung der jüngsten Molassesedimente Südbayerns bildeten den zweiten Schwerpunkt vorliegender Bearbeitung. a) Reichweite: Die Fülle des gefundenen Sporomorphenmaterials brachte es mit sich, daß bei etlichen Formen eine weitere stratigraphische Reichweite als bisher angenommen festgestellt wurde. Zum Teil wurde diese Revision durch die Neugliederung des Paratethys-Miozäns nötig. b) Palynologische Gliederung: Im Laufe der Untersuchungen zeigte sich bald, daß allein auf der Basis der mikrofloristischen Bearbeitung kein von anderen Fossilresten unabhängiges stratigraphisches Gliederungsschema zu finden war. Weder die von anderen Autoren favoritisierte Leitformen-Methode, noch die Aufgliederung nach Klimaelementen ergab ein brauchbares Bild. Lediglich die bekannte generelle Abnahme der miozänen, paläotropischen und thermophilen Elemente und die Zunahme der pliozänen, arktoteriären und gemäßigten während des Neogens ließ sich deutlich ausmachen. Dagegen ermöglicht die Berücksichtigung des Sporomorpheninhalts eine Ergänzung und Deutung der vertebrat-stratigraphisch ausgeschiedenen Abfolgen. Voraussetzung ist die Möglichkeit einer Zuordnung zu einer natürlichen Art, Gattung oder wenigstens Familie und daraus ableitbar wiederum die Zuordnung zu einer oder mehreren Pflanzengesellschaften. Aufgeteilt nach Diversität, Dominanz und Verhältnis von 'Feuchtpflanzen' bzw. autochthonen Gemeinschaften zu mesophilen Phanerophyten bzw. allochthonen Gemeinschaften lassen sich in Südbayern fünf Pollenbilder erkennen, die mit den MN-Einheiten der Zoostratigraphie in Beziehung gebracht werden können. Die Pollenbilder 1 und 2, ungefähr entsprechend den Säugereinheiten 4b und 5, dokumentieren gattungsreiche, polydominante Mikrofloren, deren Lieferpflanzen vor allem verschiedenen Naß- und Feuchtgesellschaften angehören. Dementprechend sind Pteridaceen, Schizaeaceen, Cyperaceen und Poaceen relativ häufig. Das Pollenbild 1 (Langenau und Rauscheröd) zeichnet sich durch eine gewisse Artenarmut aus, wohingegen im Pollenbild 2 (Hitzhofen und Rittsteig) die Diversität zunimmt und Palmenpollen neben anderen mesophilen Akzessorien eine merkliche Rolle spielt. Bemerkenswert ist in den Entnahmeprofilen das Vorkommen kohliger Sedimente. Bezeichnend für Sporomorphenbild 3 sind oligodominante Mikrofloren, zusammengesetzt aus Elementen artenarmer Au- und Sumpfwälder (Taxodiaceen, Cyperaceen) sowie mesophiler 'Pionierwälder' (Pinaceen, Leguminosen). Fehlende Kohlebildung und das Zurücktreten mesophiler, d. h. allochthoner Lieferpflanzen sind weitere Charakteristika. Dieses Sporomorphenbild mit den Fundpunkten Gallenbach und Unterneul enspricht ungefähr der Säugereinheit MN 6. Die beiden stratigraphisch jüngsten Pollendiagramme 4 und 5 setzen sich deutlich von dem vorhergehenden ab. Belegt sind nun wiederum gattungsreiche, polydominante Pflanzenge seIl schaften feuchter, aber nicht nasser Biotope, in denen es ebenfalls mancherorts zur Kohlebildung kam. Gegenüber den Sporomorphenbildern und 2 ist der Anteil mesophiler Lieferpflanzen deutlich erhöht auf Kosten der Feuchtelemente. Letzteres gilt vor allem für das Sporomorphenbild 5 (Leonberg), in dem Fagaceen Pollen (Quercus, Fagus) vorherrscht. sporomorphenbild 4 entspricht annähernd MN 8 mit den Fundpunkten Hassenhausen und Achldorf, während Leonberg, nahe Marktl gelegen, MN 9 zugehört. Auf dem Umweg über diese an der Säugetierstratigraphie 'geeichten' Mikrofloren gelingt es, stratigraphisch unsichere Fundpunkte, wenn sie nur genügend formen- und individuenreich sind (Burtenbach, Lerchenberg, Wemding), einzuordnen. Auf diese Weise ergibt sich die in Diagramm 10 dargestellte Reihung vom Liegenden zum Hangenden. Dürftige Sporomorphenfloren oder Floren, die ausschließlich autochthone Feuchtelemente zeigen, können pollenstratigraphisch nicht sicher angesprochen werden, weil ihr Pollendiagramm undeutlich bleiben muß. Entsprechend der anerkannten Unterstellung, daß Phytostratigraphie zugleich Klimastratigraphie ist, läßt die dargestellte, im Grunde auf der Ausscheidung verschiedener Ukotypen basierende Gliederung sich auch paläoklimatisch interpretieren: Danach ist das verarmte Sporomorphenbild 3 in Südbayern als Ausdruck des vegetationsgeschichtlichen Pessimums anzusehen. Da die nachgewiesenen Sippen noch höhere Wärmeansprüche besitzen, ist nicht ein Temperaturrückgang, sondern ein Absinken der Niederschlagsmenge als begrenzender Faktor am wahrscheinlichsten und auf diese Weise das Ausbleiben von Pollen mesophiler Phanerophyten des Hinterlandes einleuchtend. 3. Paläogeographie: Bei dem Versuch, mit benachbarten Gebieten stratigraphische Beziehungen herzustellen, ergab sich, daß dies zwar über eine kürzere Entfernung recht gut gelingt, daß aber vor allem zu den Mikrofloren der niederrheinischen Braunkohle ein signifikanter Unterschied besteht: In Süddeutschland lassen die Pollendiagramme auf eine raschere Veränderung in der Zusammensetzung der Wälder schließen. Mit anderen Worten: altersgleiche Mikrofloren in Nordwestdeutschland täuschen ein höheres Alter vor. Erst im Obersarmat ähneln sich die jeweiligen Sporomorphenbilder. Damit erklärt sich auch, daß frühere Bearbeiter Schwierigkeiten hatten, mikrofloristische Befunde aus Süd- und Nordwestdeutschland miteinander zu korrelieren. Als Ursache für dieses überraschende Phänomen einer mittelmiozänen Diagrammverschiebung wird die stärkere, sprich länger andauernde maritime Beeinflussung des Niederrheingebietes angesehen.

Numerical modeling of marine radiocarbon reservoir ages during the last deglaciation

A critical problem in radiocarbon dating is the spatial and temporal variability of marine reservoir ages (MRAs). We assessed the MRA evolution during the last deglaciation by numerical modeling, applying a self-consistent iteration scheme in which an existing radiocarbon chronology (derived by Hughen et al., Quat. Sci. Rev., 25, pp. 3216-3227, 2006) was readjusted by transient, 3-D simulations of marine and atmospheric Delta14C. To estimate the uncertainties regarding the ocean ventilation during the last deglaciation, we considered various ocean overturning scenarios which are based on different climatic background states (PD: modern climate, GS: LGM climate conditions). Minimum and maximum MRAs are included in file 'MRAminmax_21-14kaBP.nc'. Three further files include MRAs according to equilibrium simulations of the preindustrial ocean (file 'C14age_preindustrial.nc'; this is an update of our results published in 2005) and of the glacial ocean (files 'C14age_spinupLGM_GS.nc' and 'C14age_spinupLGM_PD.nc').

Strontium isotope ratios of plant and soil samples from France

The dataset consists of 87Sr/86Sr isotope ratios of plant samples and soil leachates covering the major geologic regions of France. In addition to the isotope data it provides the spatial context for each sample, including background geology, field observations and soil descriptions. The dataset can be used to create Sr isoscapes for France, which can be applied in a wide range of fields including archaeology, ecology, soil, food, and forensic sciences.

Geochemistry of subducted volcaniclastic sediments from Mariana arc magmas

The phase relations of natural volcaniclastic sediments from the west Pacific Ocean were investigated experimentally at conditions of 3-6 GPa and 800-900 °C with 10 wt.% added H2O (in addition to ~ 10 wt.% structurally-bound H2O) to induce hydrous melting. Volcaniclastic sediments are shown to produce a sub-solidus assemblage of garnet, clinopyroxene, biotite, quartz/coesite and the accessory phases rutile ± Fe-Ti oxide ± apatite ± monazite ± zircon. Hydrous melt appears at temperatures exceeding 800-850 °C, irrespective of pressure. The melt-producing reaction consumes clinopyroxene, biotite and quartz/coesite and produces orthopyroxene. These phase relations differ from those of pelagic clays and K-bearing mid ocean ridge basalts (e.g. altered oceanic crust) that contain phengite, rather than biotite, as a sub-solidus phase. Despite their relatively high melt productivity, the wet solidus for volcaniclastic sediments is found to be higher (825-850 °C) than other marine sediments (700-750 °C) at 3 GPa. This trend is reversed at high-pressure conditions (6 GPa) where the biotite melting reaction occurs at lower temperatures (800-850 °C) than the phengite melting reaction (900-1000 °C). Trace element data was obtained from the 3 GPa run products, showing that partial melts are depleted in heavy rare earth elements (REE) and high field strength elements (HFSE), due to the presence of residual garnet and rutile, and are enriched in large ion lithophile elements (LILE), except for Sr and Ba. This is in contrast to previous experimental studies on pelagic sediments at sub-arc depths, where Sr and Ba are among the most enriched trace elements in glasses. This behavior can be partly attributed to the presence of residual apatite, which also host some light REE in our supra-solidus residues. Our new experimental results account for a wide range of trace element and U-series geochemical features of the sedimentary component of the Mariana arc magmas, including imparting a substantial Nb anomaly to melts from an anomaly-free protolith.

40Ar-39Ar dating and isotopic composition of groundmass and felspar samples from core AND-2A

The AND-2A drillcore (Antarctic Drilling Program-ANDRILL) was successfully completed in late 2007 on the Antarctic continental margin (Southern McMurdo Sound, Ross Sea) with the aim of tracking ice proximal to shallow marine environmental fluctuations and to document the 20-Ma evolution of the Erebus Volcanic Province. Lava clasts and tephra layers from the AND-2A drillcore were investigated from a petrographic and stratigraphic point of view and analyzed by the 40Ar-39Ar laser technique in order to constrain the age model of the core and to gain information on the style and nature of sediment deposition in the Victoria Land Basin since Early Miocene. Ten out of 17 samples yielded statistically robust 40Ar-39Ar ages, indicating that the AND-2A drillcore recovered <230 m of Middle Miocene (~128-358 m below sea floor, ~11.5-16.0 Ma) and >780 m of Early Miocene (~358-1093 m below sea floor, ~16.0-20.1 Ma). Results also highlight a nearly continuous stratigraphic record from at least 358 m below sea floor down hole, characterized by a mean sedimentation rate of ~19 cm/ka, possible oscillations of no more than a few hundreds of ka and a break within ~17.5-18.1 Ma. Comparison with available data from volcanic deposits on land, suggests that volcanic rocks within the AND-2A core were supplied from the south, possibly with source areas closer to the drill site for the upper core levels, and from 358 m below sea floor down hole, with the 'proto-Mount Morning' as the main source.

Radar profiles from South Shetland Islands/Western Antarctic Peninsula

The sedimentary architecture of polar gravel-beach ridges is presented and it is shown that ridge internal geometries reflect past wave-climate conditions. Ground-penetrating radar (GPR) data obtained along the coasts of Potter Peninsula (King George Island) show that beach ridges unconformably overlie the prograding strand plain. Development of individual ridges is seen to result from multiple storms in periods of increased storm-wave impact on the coast. Strand-plain progradation, by contrast, is the result of swash sedimentation at the beach-face under persistent calm conditions. The sedimentary architecture of beach ridges in sheltered parts of the coast is characterized by seaward-dipping prograding beds, being the result of swash deposition under stormy conditions, or aggrading beds formed by wave overtopping. By contrast, ridges exposed to high-energy waves are composed of seaward- as well as landward-dipping strata, bundled by numerous erosional unconformities. These erosional unconformities are the result of sediment starvation or partial reworking of ridge material during exceptional strong storms. The number of individual ridges which are preserved from a given time interval varies along the coast depending on the morphodynamic setting: sheltered coasts are characterized by numerous small ridges, whereas fewer but larger ridges develop on exposed beaches. The frequency of ridge building ranges from decades in the low-energy settings up to 1600 years under high-energy conditions. Beach ridges in the study area cluster at 9.5, 7.5, 5.5, and below 3.5 m above the present-day storm beach. Based on radiocarbon data, this is interpreted to reflect distinct periods of increased storminess and/or shortened annual sea-ice coverage in the area of the South Shetland Islands for the times around 4.3, c. 3.1, 1.9 ka cal BP, and after 0.65 ka cal BP. Ages further indicate that even ridges at higher elevations can be subject to later reactivation and reworking. A careful investigation of the stratigraphic architecture is therefore essential prior to sampling for dating purposes.