Planktonic foraminiferal preservation in Plio/Pleistocene sediments from the western equatorial Atlantic and Caribbean

Records of mean sortable silt and planktonic foraminiferal preservation from the Ceará Rise (western equatorial Atlantic) and from the Caribbean are presented to analyze the Pliocene (3.5-2.2 Ma) to Pleistocene (1.6-0.3 Ma) evolution of near-bottom current strength and the carbonate corrosiveness of deep water. During the mid-Pleistocene climate transition (~1 Ma) a drastic decrease in glacial bottom current strength and an increase in carbonate corrosiveness is registered, demonstrating a substantial decrease in the glacial contribution of the Lower North Atlantic Deep Water (LNADW) to the Atlantic Ocean. Also, an increased sensitivity to eccentricity orbital forcing is registered after the MPT. By contrast, carbonate preservation increases considerably in the deep Caribbean in response to a strong and persistent stable contribution of Upper North Atlantic Deep Water (UNADW). We found evidence for the strongest and most stable circulation within the LNADW cell during the Northern Hemisphere cooling period between ~3.2 and 2.75 Ma. This is in agreement with the 'superconveyor model' which postulates that the highest NADW production took place prior to ~2.7 Ma. A considerable decrease in bottom current strength and planktonic foraminiferal preservation is observed synchronous with the first occurrence of large-scale continental ice sheets in the Northern Hemisphere. This documents the final termination of the 'superconveyor' at ca. 2.75 Ma. However, our data do not support a 'superconveyor' in the interval between 3.5 and 3.2 Ma when high-amplitude fluctuations in bottom current flow and preservation in planktonic foraminifera are observed. Because of the great sensitivity of NADW production to changes in surface water salinity, we assume that the high-amplitude fluctuations of LNADW circulation prior to ~3.2 Ma are linked to changes in the Atlantic salinity budget. After 2.75 Ma they are primarily controlled by ice-sheet forcing. In contrast to the stepwise deterioration of planktonic foraminiferal preservation in the western deep Atlantic, a trend toward better preservation from the Pliocene to Pleistocene is observed in the deep Caribbean. This indicates a long-term increase in the contribution of UNADW to the Atlantic Ocean.

Physical and acoustic sediment properties of sediment cores from the eastern equatorial Atlantic

To reconstruct the deep-water circulation for the last 3.5 Ma from deep-sea sediments of the eastern equatorial Atlantic, sea floor morphology, sub-bottom reflectors and the echo character have been mapped on the basis of 3.5 kHz records and sediment cores. Physical properties of sediments and synthetic seismograms derived from them enable us to decipher reflector sequences in environments of pelagic, current-resuspended and turbidity sedimentation. The individual reflectors originate from carbonate dissolution, hiatus, coarse sand layers and interferences. Those which are related to carbonate dissolution and hiatus provide evidence of water-mass boundaries by their distribution. Five phases of different deep-water circulation can be seen in the record of th elast 3.5 Ma, and these are related to climate history: 1. Between 3.7 Ma and 2.2 Ma a strong deep-water circulation indicates a northward flow of bottom water below 4200 m (AABW = Antarctic-Bottom Water) and a southward flow of deep-water above 4200 m (NADW = North-Atlantic Deep Water). 2. Between 1.6 and 1.4 Ma a southward flow of bottom water below 4500 m and a diminished southward flow above 4500 m can be detected. This water-mass geometry can be interpreted by an expansion of the NADW-masses and a displacement of the AABW-masses during the same time. 3. Since 1.4 Ma a northward flow of a bottom-water current developed again. This current flow created a leeside sediment ridge in the southern part of the Kane Gap and furrows in the northern part of it. 4. Between 400,000 and 200,000 yrs B. P. the oceanic and atmospheric circulation increased. The strengthened oceanic circulation caused and increase in carbonate dissolution, which is documented by a traceable reflector from 2800 m to 4500 m water depth. At the same time an increase of the atmospheric circulation caused a drastic rise in the pelagic sediment accumulation (> 100 %) through an intensification of upwelling. This runs parallel with a higher oceanic productivity in the northern equatorial divergence zone and an enhanced supply of fluvial and probably eolian sediments from the Senegal and Guinea. 5. Before 10,000 yrs B. P. an erosive northward flowing bottom-water current prevailed below 4500 m water depth. After 10,000 yrs B.P. the bottom-water flow was sluggish and non erosive.

Calcareous dinoflagellates in the eastern equatorial Atlantic

Sediments of the Equatorial Atlantic (core GeoB 1105-4) have been investigated for both calcareous dinoflagellates and organic-walled dinoflagellate cysts. In order to determine the ecological affinity of calcareous dinoflagellates the statistical methods of Detrended Correspondence Analysis (DCA) and Redundancy Analysis (RDA) were used. Utilising DCA, distribution patterns of calcareous dinoflagellates have been compared with those of the ecologically much better known organic-walled dinoflagellate cysts. This method was also used to determine which environmental gradients have a major influence on the species composition. By using existing environmental information based on benthic and planktic foraminifera, such as Sea Surface Temperature (SST) and stable oxygen and carbon isotopes, as well as information on the amount of Calcium Carbonate and Total Organic Carbon (TOC) in bottom sediments, these gradients could be interpreted in terms of productivity and glacial-interglacial trends. Using RDA, the direct relationships between the distribution patterns of calcareous dinoflagellates with the above mentioned external variables could be determined. For the studied region and time interval (141-6.7 ka) the calcareous dinoflagellates show enhanced abundances in periods with reduced productivity most probably related to decreased divergence and relatively stratified, oligotrophic oceanic conditions.

Geochemistry and microfossil content of surface sediments from the Equatorial Atlantic in samples 207 to 310 from the Meteor expedition in 1925

Als Alfred Merz mich aufforderte, die sedimentpetrographische Bearbeitung der "Meteor"-Expedition zu übernehmen, schwebte mir von vornherein als Ziel vor, die Sedimente nicht nur in größerer Zahl als bisher und im Zusammenhang mit den übrigen Wissenschaften vom Meer nach den bisherigen Untersuchungsmethoden zu beschreiben. Es war mir klar, daß neue Ergebnisse nur zu erwarten waren, wenn die Untersuchung der Sedimente und damit ihre Beschreibung auf Grund vertiefter und neuer Methoden unternommen wurde. Ich erhoffte von einer solchen verfeinerten Beschreibung auch ein klareres Bild der Abhängigkeit der Sedimente von ihrer Umwelt. Wir werden diese Abhängigkeit nur verstehen, wenn wir die allgemeinen Gesetzmäßigkeiten herausarbeiten können. Diese werden dann auch eine Anwendung auf andere Sedimente ermöglichen. Für solche Untersuchungen sind Tiefseesedimente günstig, weil wir bei ihnen relativ einfache Bildungsumstände haben, einfacher jedenfalls, als es in der Flachsee im allgemeinen der Fall ist, ungünstig aber, weil diese Umwelteinflüsse weniger bekannt und schwerer zu erforschen sind und die Auswahl der Untersuchungspunkte nicht nach sedimentpetrographischen Gesichtspunkten erfolgen konnte. Die ersten Jahre nach der Rückkehr von der Expedition wurden deshalb auf methodische Untersuchungen verwandt. Insbesondere kam es mir darauf an herauszubekommen, wie die feinsten Bestandteile der Sedimente zusammengesetzt sind. Diese "tonigen" Bestandteile bilden nicht nur den wesentlichen Anteil der Roten Tone und der Blauschlicke, wir finden sie auch, durch Kalk verdünnt, in den Globigerinenschlämmen wieder. Sie sind von der Wissenschaft bisher recht stiefmütterlich behandelt worden. Die Ausarbeitung der Methoden, die gerade auf diesem Gebiet Neuland betreten mußte, ließ sich nicht rasch erzwingen. Es kam hinzu, daß ich mir in Rostock erst meine Arbeitsmöglichkeiten schaffen mußte. Ich habe hier der Notgemeinschaft der Deutschen Wissenschaft und der Mecklenburgischen Regierung für ihre Unterstützung mit Apparaten und Personal wärmstens zu danken. Ferner mußte als Vorbedingung für die Deutung der Sedimente zunächst festgestellt werden, zu welchen geologischen Zeiten sie gebildet worden sind und wie groß ihre Bildungsgeschwindigkeit überhaupt ist. Diese Untersuchungen hat W. Schott mit Hilfe der Foraminiferenfaunen als Notgemeinschaftsstipendiat durchgeführt. Diese Vorarbeiten, insbesondere der Ausbau der Methoden, hatten den Nachteil, daß die Veröffentlichung der Ergebnisse nicht so rasch erfolgen konnte, wie ich es selbst gewünscht hätte. Bald nachdem die Darstellung der Methoden und die Foraminiferenuntersuchungen als erste Lieferung erschienen waren, stellte es sich als notwendig heraus, eine beträchtliche Kürzung des restlichen Teiles vorzunehmen. Das hat zur Folge, daß die erste Lieferung breiter dargestellt ist als die Ergebnisse. Als die Nachricht von der Kürzung und dem notwendigen raschen Abschluß des Werkes mir bekannt wurde (Januar 1935), mußte eine Reihe von Untersuchungen eingestellt werden, insbesondere mikroskopische Untersuchungen, die besonders viel Zeit und in der Darstellung viel Raum beanspruchen. Deshalb ist systematisch nur das Guinea-Becken durch V. Leinz und das Kapverden-Becken durch O. E. Radczewski untersucht worden.

Stable carbon and oxygen isotope ratios of planktonic foraminifera from the equatorial Atlantic

Carbon isotopic records of nutrient-depleted surface water place constraints on the past fertility of the oceans and on past atmospheric pCO2 levels. The best records of nutrient-depleted delta13C are obtained from planktonic foraminifera living in the thick mixed layers of the western equatorial and tropical Atlantic Ocean. We have produced a composite, stacked Globigerinoides sacculifer delta13C record from the equatorial Atlantic, which exhibits significant spectral power at the 100,000- and 41,000-year Milankovitch periods, but no power at the 23,000-year period. Similar to the record presented by Shackleton and Pisias [1985], surface-deep ocean Delta delta13C produced with the G. sacculifer record leads the delta18O ice volume record. However, the glacial-interglacial amplitudes of Delta delta13C differ between our record and Shackleton and Pisias [1985] record. Although large changes in Delta delta13C occur in the equatorial Atlantic during early stages of the last three glacial cycles, surface-deep Delta delta13C at glacial maxima (18O stage 2, late stage 6, and late stage 8) was only about 0.2? greater than during the subsequent interglacial. Our results imply that nutrient-driven pCO2 changes account for about one third of the pCO2 decrease observed in ice cores, and consequently, Delta delta13C should not be used as a proxy pCO2 index. Enough variance in the ice core pCO2 records remains to be explained that conclusions about pCO2 and ice volume phase relationships should also be reexamined. As much as 40 ppm pCO2 change still has not been accounted for by models of past physics and chemistry of the ocean.