X-ray fluorescence (XRF) measurements of two sediment cores from the Ceara Rise

Die XRF-Daten wurden an Archivhälften der Schwerelotkerne GeoB4402-2 und GeoB4407-3 erhoben, die am Nordwest-Hang des Ceará-Rückens gezogen wurden. Der Ceará-Rücken liegt im westlichen, äquatorialen Atlantik im Ablagerungsgebiet des Amazonas. Die Messdaten wurden mit dem XRF-Kern-Scanner "CORETEX (Corescanner Texel)" im Marum in Bremen erhoben, der auf dem Prinzip der Röntgenfluoreszenzanalyse beruht (gemessene Auflösung: 1 cm). Der Sedimenteintrag, speziell der Eintrag von terrigenem Material (durch Verwitterung entstandenes Material auf den Kontinenten), in die Ozeane ist ein immer noch schlecht verstandener Prozess, der aber für eine Vielzahl von geologischen Fragestellungen von entscheidender Bedeutung ist. Der terrigene Sedimenteintrag am Ceará-Rücken ist nahezu ausschließlich vom Amazonas geprägt. Die abgelagerten Sedimente auf dem Ceará-Rücken können als Zwei-Komponentensystem beschrieben werden. Eine Quelle ist der terrigene Eintrag aus dem Amazonas. Die zweite Quelle ist biogenes Kalziumkarbonat, dass vom kalkigen Plankton (vor allem Coccolithophoriden und zum Teil Foraminiferen) aus der oberen Wassersäule stammt. Heutzutage ist der westliche, tropische Atlantik die Hauptpassage des Transfers von warmem Oberflächenwasser vom Süd- in den Nordatlantik. Die Abgabe von Wärme und Feuchtigkeit aus den Tropen könnte im Zusammenhang mit kurzfristigen Klimawechseln stehen. Untersuchungen an Hand von Aufzeichnungen aus der nördlichen Hemisphäre weisen darauf hin, dass kurzfristige Klimaschwankungen der Nordhemisphäre zu Veränderungen der atmosphärischen Zirkulation in niedrigen Breiten auf einer Zeitskala von nur wenigen Tausenden Jahren führen können. Eine wichtige Frage dabei ist, wie der spätpleistozäne Eintrag von Terrigen-Material durch den Amazonas gesteuert ist durch Klimaschwankungen in den Tropen in Wechselwirkung mit den Vereisungs- und Abschmelzphasen der Nordhemisphäre. Hierbei sind sowohl die Glazial-Interglazial Zyklen als auch kurzfristige Klimaschwankungen wie die Dansgaard-Oeschger-Zyklen und die mit ihnen verbundenen Heinrich-Ereignisse von Bedeutung.

XRF iron (Fe) counts of ODP Hole 171-1050A and 171-1051A

Upper Paleocene to lower Eocene sediments drilled at Ocean Drilling Program (ODP) Site 1051 (Blake Nose, off Florida) display well-defined orbital cycles, a detailed magnetic stratigraphy, and a suite of planktonic foraminiferal datums. We derived a cyclostratigraphy by using spectral analysis of high-resolution records of elemental concentrations obtained by an X-ray fluorescence (XRF) Core Scanner. XRF counts of iron serve as a proxy for the relative amount of terrestrial material. Sliding-window spectral analysis, bandpass filtering, and direct counting of precession and obliquity cycles yield minimum durations for magnetic polarity chrons C22 to C26 (~49 to ~61 Ma), calculations of sediment accumulation rates, as well as constraints on the timing of biostratigraphic and climatological events in the vicinity of the Initial Eocene Thermal Maximum (IETM). Durations of polarity chrons as represented in sediments drilled at Site 1051 were estimated using a conservative assignment of 41 k.y. for obliquity cycles and 21 k.y. for precession cycles. Combined polarity chrons C26r and C26n span 3.61 m.y., and chron C25r spans 1.07 m.y. Polarity chron C24r is estimated as 2.877 m.y. The interpretation of polarity chron C24n is ambiguous, but its duration is probably <1.23 m.y. Polarity chron C23r spans 0.53 m.y., chron C23n is 0.74 m.y., and chron C22r is 0.9 m.y. Spectral analysis through this interval indicates that spectral peaks shift through time and are related to changes in sedimentation rate in Site 1051. The sedimentation rates dramatically increased ~200 k.y. after the IETM and remained high for most of chron C24r.

Supplementary material: XRF core scanning data, CaCO3 values, foraminiferal carbon and oxygen isotope data, Mg/Ca data, clay mineralogy and helium isotope results

The Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM; ~56 Ma) is associated with abrupt climate change, carbon cycle perturbation, ocean acidification, as well as biogeographic shifts in marine and terrestrial biota that were largely reversed as the climatic transient waned. We report a clear exception to the behavior of the PETM as a reversing climatic transient in the eastern North Atlantic (Deep-Sea Drilling Project Site 401, Bay of Biscay) where the PETM initiates a greatly prolonged environmental change compared to other places on Earth where records exist. The observed environmental perturbation extended well past the d13C recovery phase and up to 650 kyr after the PETM onset according to our extraterrestrial 3He-based age-model. We observe a strong decoupling of planktic foraminiferal d18O and Mg/Ca values during the PETM d13C recovery phase, which in combination with results from helium isotopes and clay mineralogy, suggests that the PETM triggered a hydrologic change in western Europe that increased freshwater flux and the delivery of weathering products to the eastern North Atlantic. This state change persisted long after the carbon-cycle perturbation had stopped. We hypothesize that either long-lived continental drainage patterns were altered by enhanced hydrological cycling induced by the PETM, or alternatively that the climate system in the hinterland area of Site 401 was forced into a new climate state that was not easily reversed in the aftermath of the PETM.