Sedimentological, mineralogical, biogeochemical and micropaleontological parameters on sediment core PS69/849-2, Burton Basin, MacRobertson Shelf, East Antarctica

A multi-proxy study including sedimentological, mineralogical, biogeochemical and micropaleontological methods was conducted on sediment core PS69/849-2 retrieved from Burton Basin, MacRobertson Shelf, East Antarctica. The goal of this study was to depict the deglacial and Holocene environmental history of the MacRobertson Land-Prydz Bay region. A special focus was put on the timing of ice-sheet retreat and the variability of bottom-water formation due to sea ice formation through the Holocene. Results from site PS69/849-2 provide the first paleo-environmental record of Holocene variations in bottom-water production probably associated to the Cape Darnley polynya, which is the second largest polynya in the Antarctic. Methods included end-member modeling of laser-derived high-resolution grain size data to reconstruct the depositional regimes and bottom-water activity. The provenance of current-derived and ice-transported material was reconstructed using clay-mineral and heavy-mineral analysis. Conclusions on biogenic production were drawn by determination of biogenic opal and total organic carbon. It was found that the ice shelf front started to retreat from the site around 12.8 ka BP. This coincides with results from other records in Prydz Bay and suggests warming during the early Holocene optimum next to global sea level rise as the main trigger. Ice-rafted debris was then supplied to the site until 5.5 cal. ka BP, when Holocene global sea level rise stabilized and glacial isostatic rebound on MacRobertson Land commenced. Throughout the Holocene, three episodes of enhanced bottom-water activity probably due to elevated brine rejection in Cape Darnley polynya occured between 11.5 and 9 cal. ka BP, 5.6 and 4.5 cal. ka BP and since 1.5 cal. ka BP. These periods are related to shifts from warmer to cooler conditions at the end of Holocene warm periods, in particular the early Holocene optimum, the mid-Holocene warm period and at the beginning of the neoglacial. In contrast, between 7.7 and 6.7 cal. ka BP, brine rejection shut down, maybe owed to warm conditions and pronounced open-water intervals.

Composition of sedimentary rocks from the Shapkina River valley, Bolshezemelskaya Tundra

A facies-genetic and stratigraphic subdivision of the Quaternary sequence in the Shapkina River valley has been accomplished. The riverbank shows outcrops of three glacial complexes with different mineralogical-petrographic compositions and structural characteristics, which can be correlated and stratificated. Datings of intermoraine horizons (alluvial, marine, lacustrine, and lacustrine-boggy sediments) have been based on palynological and paleomicrotheriological data. The Middle Neopleistocene section can be divided into two till horizons corresponding to two autonomous glaciations (Pechora and Vychegda). They are separated by a member of subaqueous Rodionov sediments. The Pechora till formed in the course of glacier motions from the northeast. Glacial horizons are mainly composed of the Vychegda till transported from the Northwest terrigenous provenance. Lithology of the Upper Neopleistocene Polyarnyi till testifies to its formation in the upper course of the river from material transported from the Northeast terrigenous-mineralogical provenance in the upper course of the river and from the Fennoscandian glaciation center in the lower course of the river. The paper presents the first lithological investigation and substantiation of genesis of various facies of Neopleistocene intermoraine marine sediments (sediments of the beach and fore-beach zones and shallow-water shelf).

Investigation of sediment core PS2556 from Bellingshausen Sea, Antarctica

Die Rekonstruktion der glaziomarinen Sedimentationsprozesse am antarktischen Kontinentalrand des westlichen Bellingshausenmeeres erfolgte durch die sedimentologische Auswertung eines 962 cm langen Schwerelotkernes aus 3594 m Wassertiefe. Der Kern wurde während des Fahrtabschnittes ANT-XI/3 mit dem FS "Polarstern" vom Scheitel einer Sediment- "Drift" gezogen. An dem Sedimentkern wurde eine lithologische Beschreibung, sowie sedimentologische Untersuchungen und sedimentphysikalische Messungen durchgeführt. Anhand der Ergebnisse konnten signifikante Änderungen in der Zusammensetzung und Struktur der Sedimente erkannt, und drei Faziestypen unterschieden werden. Die Faziestypen charakterisieren jeweils glaziale oder interglaziale Zeiträume. Der größte Teil der Sedimentabfolge gehört der Laminitfazies an. Dabei handelt es sich um feinlaminierte Sedimentabschnitte, die vorwiegend aus feinkörnigen, terrigenen Komponenten zusammengesetzt sind. In die feinlaminierten Abschnitte sind vereinzelte, wenige Milimeter bis Zentimeter mächtige Siltlagen eingeschaltet. Die biogenen Anteile sind gering, Anzeichen für Bodenleben fehlen völlig. Die Manganfazies wird von authigen gebildeten Mangankonkretionen dominiert, die jeweils diskrete Lagen bilden. Dabei handelt es sich zum einen um Mikromanganknollen und -krusten und zum andern um manganhaltige Gangfüllungen. Biogene und terrigene Anteile sind in diesem Faziestyp unbedeutend. Die Biogenfazies ist von strukturlosen und stark bioturbierten Sedimenten gekennzeichnet. In diesen Sedimentabschnitten ist der hohe Anteil an Eisfracht (IRD) und die erhöhten Gehalte an Kalziumkarbonat und Opal in der Sandfraktion markant. Die stratigraphische Einordnung des Sedimentkernes erfolgte über die von Grobe & Mackensen (1992) entwickelte Lithostratigraphie, mit deren Einheiten die Faziestypen des Sedimentkernes korreliert werden konnten. Dabei ergaben sich zwei mögliche Altersmodelle und ein Basisalter von ca. 250.000 Jahren. Anhand der stratigraphischen Fixpunkte wurden Sedimentationsraten des Gesamtsedimentes und Akkumulationsraten des Kalziumkarbonates, des Biogenopals und des organisch gebundenen Kohlenstoffes berechnet. Dabei wurde gezeigt, daß lediglich das Kalziumkarbonat und der Biogenopal als Anzeiger für biologische Produktion dienen können, wobei Lösungsprozesse in der Wassersäule und im Sediment eine große Rolle spielen. Der Gehalt an organisch gebundenem Kohlenstoff ist in dem Sedimentkern nur erhaltungsbedingt zu erklären. Die Sedimentationsprozesse der einzelnen Faziestypen sind von den Eisverhältnissen, der biologischen Produktion, dem gravitativen Transport und der Umlagerung durch Meeresströmungen abhängig. Die Auswirkung der einzelnen Faktoren ist jeweils unterschiedlich ausgeprägt und wirkt sich spezifisch auf die einzelnen Parameter aus. In den Glazialen hatte ein Vorstoß des Schelfeises über die Schelfkante zur Anlieferung großer Sedimentmassen geführt, die über gravitativen Transport den Kontinentalhang hinunter transportiert wurden. Die Feinfracht wurde über parallel zum Kontinentalhang laufende Konturströme westwärts transportiert und in der Larninitfazies der Driftkörper abgelagert. Am Ende der Glaziale kam es zur Sedimentation der Manganfazies. Die geringen Sedimentationsraten am Kamm der Sedimentdrift kamen aufgrund reduzierter Intensität der Konturströme und fehlender Umlagerung von Schelfsedimenten in Folge rückschreitender Schelfeisrnassen zustande. In den Interglazialen kam es durch den aufsteigenden Meeresspiegel zum Aufschwimmen des Schelfeises. Der damit verbundene Abbau der Eisrnassen über dem Schelf, hatte eine hohe Sedimentation von IRD zur Folge. Mit fortschreitendem Interglazial kam es in Zeiten nur saisonaler Meereisbedeckung zu verstärkter biologischer Produktion und zur Sedimentation biogenen Materials.

Heavy mineral investigations from surface sediments of the East Greenland continental margin

During the expeditions ARK-VII/1, ARK-VII/3 and ARK-Xl2 sediment cores were taken by "RV Polarstern" from the shelf and the fjords of East Greenland and the Greenland Sea. The magnetic susceptibility and heavy mineral were determined at 48 surface sediment samples from undisturbed box cores. The main objective of this study was the identification of source areas and transport processes of terrigenous sediments at the East Greenland continental margin. The results can be summarized as lollows: 1a) Magnetic susceptibility in the North Atlantic is useful to detect delivery regions of the material transported by currents. b) The magnetic susceptibility is controlled by the ferromagnetic particles of the silt fraction. c) There are four important source areas: . The ferromagnetic particles of the box core PS2644-2 are transported from the Iceland Archipelago. . The material from the Geiki-Plateau effects the magnetic susceptibility in the Scoresby Sund Basin. . The magnetic susceptibility in the shelf regions in the North are produced by material from the fjords. . The ferromagnetic particles in the Greenland Sea are derived from the Mid Atlantic Ridges in the east. d) It is possible to determine the rock type, which delivers the ferromagnetic material because of differences in magnetic susceptibility of different intensity. . The erosion of the basalts of the Geiki-Plateau and the basalts of the Mid Atlantic ridges produce the high magnetic susceptibility in the south. . The magnetic susceptibility on the shelf in the north are probably produced by erosionproducts of the gneises of East Greenland. (2a) Heavy mineral assemblages show a significant difference between material transported by the Transpolar Drift from the Eurasian shelf regions (amphiboles, clinopyroxene, orthopyroxene) and material derived from East Greenland (garnets and opaque minerals). Transport via ice is dominant. b) lt is also possible to show different petrographic provenances (volcanic and metamorphic provenances). These associations verify the source areas. c) The information of heavy mineral composition gives no more detailed hint on the rock type or rock formation in the source area, due to mixing processes, large area of investigation and the sample quantity.