Bellingshausen Sea bathymetric compilation

The southern Bellingshausen Sea (SBS) is a rapidly-changing part of West Antarctica, where oceanic and atmospheric warming has led to the recent basal melting and break-up of the Wilkins ice shelf, the dynamic thinning of fringing glaciers, and sea-ice reduction. Accurate sea-floor morphology is vital for understanding the continued effects of each process upon changes within Antarctica's ice sheets. Here we present a new bathymetric grid for the SBS compiled from shipborne echo-sounder, spot-sounding and sub-ice measurements. The 1-km grid is the most detailed compilation for the SBS to-date, revealing large cross-shelf troughs, shallow banks, and deep inner-shelf basins that continue inland of coastal ice shelves. The troughs now serve as pathways which allow warm deep water to access the ice fronts in the SBS. Our dataset highlights areas still lacking bathymetric constraint, as well as regions for further investigation, including the likely routes of palaeo-ice streams. The new compilation is a major improvement upon previous grids and will be a key dataset for incorporating into simulations of ocean circulation, ice-sheet change and history. It will also serve forecasts of ice stability and future sea-level contributions from ice loss in West Antarctica, required for the next IPCC assessment report in 2013.

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.

Ocean temperature and salinity measured by CTD SRDLs deployed on southern elephant seals from King George Island with links to datasets

West Antarctic ice shelves have thinned dramatically over recent decades. Oceanographic measurements that explore connections between offshore warming and transport across a continental shelf with variable bathymetry toward ice shelves are needed to constrain future changes in melt rates. Six years of seal-acquired observations provide extensive hydrographic coverage in the Bellingshausen Sea, where ship-based measurements are scarce. Warm but modified Circumpolar Deep Water floods the shelf and establishes a cyclonic circulation within the Belgica Trough with flow extending toward the coast along the eastern boundaries and returning to the shelf break along western boundaries. These boundary currents are the primary water mass pathways that carry heat toward the coast and advect ice shelf meltwater offshore. The modified Circumpolar Deep Water and meltwater mixtures shoal and thin as they approach the continental slope before flowing westward at the shelf break, suggesting the presence of the Antarctic Slope Current. Constraining meltwater pathways is a key step in monitoring the stability of the West Antarctic Ice Sheet.

Organic geochemistry on surface sediments from the Laptev Sea

Sediment samples from the Laptev Sea, taken during the 1993 RV Polarstern expedition ARK IX/4 and the RV Ivan Kireyev expedition TRANSDRIFT I, were investigated for the amount and composition of their organic carbon fractions. Of major interest was the identification of different processes controlling organic carbon deposition (i.e. terrigenous supply vs. surface water productivity). Long-chain unsaturated alkenones derived from prymnesiophytes, and fatty acids derived from diatoms and dinoflagellates, were analysed by means of gas chromatography and mass spectrometry. First results on the distribution of these biomarkers in surface sediments indicate that the surface water productivity signal is well preserved in the sediment data. This is shown by the distribution of the 16:1(n-7) and 20:5(n-3) fatty acids indicative for diatoms, and the excellent correlation with the chlorophyll a concentrations in the surface water masses and the biogenic-opal content and increased hydrogen indices of the sediments. The high concentration of these unsaturated fatty acids in shallow water sediments shows the recent deposition of the organic material. In deep-sea sediments, on the other hand, the concentrations are low. This decreased content is typical for phytoplankton material which has been degraded by microorganisms or autoxidation. In general, the alkenone concentrations are very low, suggesting low production rates by prymnesiophytes. Only at one station from the lower continental margin influenced by the inflow of Atlantic water masses, were some higher amounts of alkenones determined. Long-chain n-alkanes as well as high C/N ratios and low hydrogen indices indicate the importance of (fluvial) supply of terrigenous organic matter.

A geomorphological seabed classification for the Weddell Sea, Antarctica, with links to ArcGIS project files

Sea floor morphology plays an important role in many scientific disciplines such as ecology, hydrology and sedimentology since geomorphic features can act as physical controls for e.g. species distribution, oceanographically flow-path estimations or sedimentation processes. In this study, we provide a terrain analysis of the Weddell Sea based on the 500 m × 500 m resolution bathymetry data provided by the mapping project IBCSO. Seventeen seabed classes are recognized at the sea floor based on a fine and broad scale Benthic Positioning Index calculation highlighting the diversity of the glacially carved shelf. Beside the morphology, slope, aspect, terrain rugosity and hillshade were calculated. Applying zonal statistics to the geomorphic features identified unambiguously the shelf edge of the Weddell Sea with a width of 45-70 km and a mean depth of about 1200 m ranging from 270 m to 4300 m. A complex morphology of troughs, flat ridges, pinnacles, steep slopes, seamounts, outcrops, and narrow ridges, structures with approx. 5-7 km width, build an approx. 40-70 km long swath along the shelf edge. The study shows where scarps and depressions control the connection between shelf and abyssal and where high and low declination within the scarps e.g. occur. For evaluation purpose, 428 grain size samples were added to the seabed class map. The mean values of mud, sand and gravel of those samples falling into a single seabed class was calculated, respectively, and assigned to a sediment texture class according to a common sediment classification scheme.