Sedimentological and geophysical investigation of sediment cores from the Amundsen Sea

Ice loss from the marine-based, potentially unstable West Antarctic Ice Sheet (WAIS) contributes to current sea-level rise and may raise sea level by up to 3.3 to 5 meters in the future. Over the past few decades, glaciers draining the WAIS into the Amundsen Sea Embayment (ASE) have shown accelerated ice flow, rapid thinning and grounding-line retreat. However, the long-term context of this ice-sheet retreat is poorly constrained, limiting our ability to accurately predict future WAIS behaviour. Here we present a new chronology for WAIS retreat from the inner continental shelf of the eastern ASE based on radiocarbon dates from three marine sediment cores. The ages document a retreat of the grounding line to within ~93 km of its modern position before 11.7±0.7 kyr BP (thousand years before present). This early deglaciation is consistent with ages for grounding-line retreat from the western ASE. Our new data demonstrate that, other than in the Ross Sea, WAIS retreat in the ASE has not continued progressively since the Last Glacial Maximum. Furthermore, our results suggest that the grounding-line position in the ASE was predominantly stable throughout the Holocene, and that any episodes of fast retreat similar to that observed today must have been short-lived. Alternatively, today's rapid retreat was unprecedented during the Holocene. Therefore, the current ice loss must originate in recent changes in regional climate, ocean circulation or ice-sheet dynamics. Incorporation of these results into models is essential to produce robust predictions of future ice-sheet change and its contribution to sea-level rise.

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.

Sedimentological investigations of a sediment core profile from the continental slope of the South Orkney Islands

Sediment patterns such as texture, composition, and facies from three selected areas of the Antarctic continental margin of the Weddell Sea are discussed in relation to environmental variations of the Quaternary hydrosphere and kryosphere. Advance and retreat of ice shelves as well as oscillations in sea ice coverage are reflected by particular sediment facies. The distribution of ice-rafted detritus tracks the Antarctic Coastal Current, and the Weddell Sea Bottom water contour current can be recognized by its distinctive winnowing and erosion pattern. Distribution and abundance of biogenic sediment components are mainly controlled by duration of sea ice coverage reflecting the long-term climatic evolution.

Lake sediments from Store Koldewey, Northeast Greenland

A 2.9 m long sedimentary record was studied from a small lake, here referred to as Duck Lake, located at 76°25'N, 18°45'W on Store Koldewey, an elongated island off the coast of Northeast Greenland. The sediments were investigated for their geophysical and biogeochemical characteristics, and for their fossil chironomid assemblages. Organic matter began to accumulate in the lake at 9.1 cal. kyr BP, which provides a minimum age for the deglaciation of the basin. Although the early to mid-Holocene is known as a thermal maximum in East Greenland, organic matter accumulation in the lake remained low during the early Holocene, likely due to late plant immigration and lack of nutrient availability. Organic matter accumulation increased during the middle and late Holocene, when temperatures in East Greenland gradually decreased. Enhanced soil formation probably led to higher nutrient availability and increased production in the lake. Chironomids are abundant throughout the record after 9.1 cal. kyr BP and seem to react sensitively to changes in temperature and nutrient availability. It is concluded that relative temperature reconstructions based on biogeochemical data have to be regarded critically, particularly in the period shortly after deglaciation when nutrient availability was low. Chironomids may be a suitable tool for climatic reconstructions even in those high arctic environments. However, a better understanding of the ecology of chironomids under these extreme conditions is needed.