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.

Grain size analysis on core plugs of sediment core CRP-1 (Table 1, 2)

Twenty four core samples from CRP-1, seven from Quaternary strata (20-43.55 meters below sea floor or mbsf) and seventeen from early Miocene strata (43.55 to 147.69 mbsf), have been analysed for their grain-size distribution using standard sieve and Sedigraph techniques. The results are in good agreement with estimates of texture made as part of the visual core description for the 1 :20 core logs for CRP-1 (Cape Roberts Science Team, 1998). Interpretation of the analyses presented here takes into account the likely setting of the site in Quaternary times as it is today, with CRP-1 high on the landward flank of a well-defined submarine ridge rising several hundred metres above basins on either side. In contrast, seismic geometries for strata deposited in early Miocene times indicate a generally planar sea floor dipping gently seaward. Fossils from these strata indicate shallow water depths (< 100 m), indicating the possibility that waves and tidal currents may have influenced sea floor sediments. The sediments analysed here are considered in terms of 3 textural facies: diamict, mud (silt and clay) and sand. Most of the Quaternary section but only 30% of the early Miocene section is diamict, a poorly sorted mixture of sand and mud with scattered clasts, indicating little wave or current influence on its texture. Although not definitive, diamict textures and other features suggest that the sediment originated as basal glacial debris but has been subsequently modified by minor winnowing, consistent with the field interpretation of this facies as ice-proximal and distal glaciomarine sediment. Sediments deposited directly from glacier ice appear to be lacking. Mud facies sediments, which comprise only 10% of the Quaternary section but a third of the early Miocene section, were deposited below wave base and largely from suspension, and show features (described elsewhere in this volume) indicative of the influence of both glacial and sediment gravity flow processes. Sand facies sediments have a considerable proportion of mud, normally more than 20%, but a well-sorted fine-very fine sand fraction. In the context of the early Miocene coastal setting we interpret these sediments as shoreface sands close to wave base.

Global compilation of benthic data sets I

Approaches to quantify the organic carbon accumulation on a global scale generally do not consider the small-scale variability of sedimentary and oceanographic boundary conditions along continental margins. In this study, we present a new approach to regionalize the total organic carbon (TOC) content in surface sediments (<5 cm sediment depth). It is based on a compilation of more than 5500 single measurements from various sources. Global TOC distribution was determined by the application of a combined qualitative and quantitative-geostatistical method. Overall, 33 benthic TOC-based provinces were defined and used to process the global distribution pattern of the TOC content in surface sediments in a 1°x1° grid resolution. Regional dependencies of data points within each single province are expressed by modeled semi-variograms. Measured and estimated TOC values show good correlation, emphasizing the reasonable applicability of the method. The accumulation of organic carbon in marine surface sediments is a key parameter in the control of mineralization processes and the material exchange between the sediment and the ocean water. Our approach will help to improve global budgets of nutrient and carbon cycles.

Compilation of 220 sediment core d13C data from the glacial Atlantic Ocean

We compare a compilation of 220 sediment core d13C data from the glacial Atlantic Ocean with three-dimensional ocean circulation simulations including a marine carbon cycle model. The carbon cycle model employs circulation fields which were derived from previous climate simulations. All sediment data have been thoroughly quality controlled, focusing on epibenthic foraminiferal species (such as Cibicidoides wuellerstorfi or Planulina ariminensis) to improve the comparability of model and sediment core carbon isotopes. The model captures the general d13C pattern indicated by present-day water column data and Late Holocene sediment cores but underestimates intermediate and deep water values in the South Atlantic. The best agreement with glacial reconstructions is obtained for a model scenario with an altered freshwater balance in the Southern Ocean that mimics enhanced northward sea ice export and melting away from the zone of sea ice production. This results in a shoaled and weakened North Atlantic Deep Water flow and intensified Antarctic Bottom Water export, hence confirming previous reconstructions from paleoproxy records. Moreover, the modeled abyssal ocean is very cold and very saline, which is in line with other proxy data evidence.