Physical properties of deep sea sediments

Erstmals quantitativ bearbeitete Rutschungen aus dem Tiefseebereich des äquatorialen Ostatlantiks liegen auf Hängen von 0,4 Grad und 0,7 Grad - das ist sehr viel flacher als die für statische Rutschungsauslösung benötigte kritische Hangneigung (14 Grad bis 16 Grad ). Im Gegensatz zu Flachwassergebieten kann bei Wassertiefen von über 4000 m natürlich der Einfluß von Wellenwirkung und Tidenhub auf die Hangstabilität vernachlässigt werden. Die Sedimentationsraten sind in diesem Bereich zur Bildung eines Porenwasserüberdruckes vielfach zu niedrig. Nach den Hangstabilitätsanalysen bilden hier Erdbeben den wirksamsten Auslösemechanismus für die Rutschungen. Dies gilt auch für Rutschungen an den Kontinentalrändern von Nordwest- und Westafrika sowie für das europäische Nordmeer und für Rutschungen im nördlichen Fidji-Becken. Das Alter der besonders gut datierten Rutschungen vom nordwestafrikanischen Kontinentalrand und der Tiefsee des äquatorialen Ostatlantiks schwankt zwischen 16,000 J.v.h. und 18,000 J.v.h. sowie etwa 130,000 J.v.h.. Es handelt sich dabei um Phasen des Beginns besonders starker Meeresspiegelschwankungen. Ein Vergleich der Meeresspiegelkurve mit dem Alter älterer Rutschungen zeigt ebenfalls eine Parallele mit Zeiten von Regressionen und Transgressionen. Durch die Meeresspiegelschwankungen werden isostatische Vertikalbewegungen des Tiefseebodens von bis zu 30 m bewirkt, die Spannungen in den Lithosphärenplatten erzeugen. Sie allein sind jedoch nicht groß genug, um Brüche in intakten Plattenbereichen zu verursachen. Entlang alter, ehemals aktiver Transform-Bruchzonen (Fracture Zones) können jedoch die aufgebauten Spannungen eher wieder abgebaut werden. Dabei entstehen kleinere Erdstösse und führen zur Auslösung von Rutschungen. Ein Vergleich der Verbreitung von Transform-Störungen und Rutschungen vor Norwegen, Nordwest- und Westafrika sowie vor dem südlichen Afrika zeigt, daß in diesen Gebieten Rutschmassen tatsächlich besonders häufig entlang und in der Verlängerung von Fracture Zones auftreten. Modellrechnungen, die mit typischen Werten für Hangwinkel (0,5 Grad bis 3 Grad) von Tiefseeböschungen und passive Kontinentalränder sowie für häufig ermittelte Scherfestigkeitsgradienten im Sediment (0,5 kPa/m bis 1,7 kPa/m) durchgeführt wurden, ergaben, daß in Gebieten mit normal konsolidierten Sedimenten (ohne Porenwasserüberdruck) nur Erdbeben Rutschungen ausgelöst haben können.

Physical and chemical oceanography in the Arctic Ocean

Data from sections across the Eurasian Basin of the Arctic Ocean occupied by the German Research Vessel Polarstern in 1987 and by the Swedish icebreaker Oden in 1991 are used to derive information on the freshwater balance of the Arctic Ocean halocline and on the sources of the deep waters of the Nansen, Amundsen and Makarov basins. Salinity, d18O and mass balances allow separation of the river-runoff and the sea-ice meltwater fractions contained in the Arctic halocline. This provides the basis for tracking the river-runoff signal from the shelf seas across the central Arctic Ocean to Fram Strait. The halocline has to be divided into at least three lateral regimes: the southern Nansen Basin with net sea-ice melting, the northern Nansen Basin and Amundsen Basin with net sea-ice formation and increasing river-runoff fractions, and the Canadian Basin with minimum sea-ice meltwater and maximum river-runoff fractions and water of Pacific origin. In the Canadian Basin, silicate is used as a tracer to identify Pacific water entering through Bering Strait and an attempt is made to quantify its influence on the halocline waters of the Canadian Basin. For this purpose literature data from the CESAR and LOREX ice camps are used. Based on mass balances and depending on the value of precipitation over the area of the Arctic Ocean the average mean residence time of the river-runoff fraction contained in the Arctic Ocean halocline is determined to be about 14 or 11 years. Water column inventories of river-runoff and sea-ice meltwater are calculated for a section just north of Fram Strait and implications for the ice export rate through Fram Strait are discussed. Salinity, tritium, 3He and the d18O ratio of halocline waters sampled during the 1987 Polarstern cruise to the Nansen Basin are used to estimate the mean residence time of the river-runoff component in the halocline and on the shelves of the Arctic Ocean. These estimates are done by comparing ages of the halocline waters based on a combination of tracers yielding different time information: the tritium 'vintage' age which records the time that has passed since the river-runoff entered the shelf and the tritium/3He age which reflects the time since the shelf waters left the shelf. The difference between the ages determined by these two methods is about 3 to 6 years. Correction for the initial tritium/3He age of the shelf waters (about 0.5 to 1.5 years) yields a mean residence time of the river-runoff on the shelves of about 3.5 ± 2 years. Comparison of the 18O/16O ratios of shelf water, Atlantic water and the deep waters of the Arctic Ocean indicate that the sources of the deep and bottom waters of the Eurasian Basin are located in the Barents and Kara seas.

Geochemistry of sediments from the mid-oceanic Kolbeinsey Ridge

In order to assess recent submarine volcanic contributions to the sediments from the active Kolbeinsey Ridge, surface samples were analyzed chemically. The contribution of major and trace elements studied differ within the study area. A statistical analysis of the geochemical variables using factor analysis and cluster method allows to distinguish possible sample groups. Cluster method identifies three distinct sediment groups located in different areas of sedimentation. Group 1 is characterized by highest contents of Fe2O3, V, Co, Ni, Cu and Zn demonstrating the input of volcaniclastic material. Group 2 comprises high values of CaCO3, CaO and Sr representing biogenic carbonate. Group 3 is characterized by the elements K, Rb, Cs, La and Pb indicating the terrigenous component. The absolute percentage of the volcanic, biogenic and terrigenous components in the bulk sediments was calculated by using a normative sediment method. The highest volcanic component (> 60% on a carbonate free basis) is found on the ridge crest. The biogenic component is highest (10-30%) in the eastern part of the Spar Fracture Zone influenced by the East Iceland Current. Samples from the western and southeastern region of the study area contain more than 90% of terrigenous component which appears to be mainly controlled by input of ice-rafted debris.