TEX86 values and temperature estimation for sediment trap samples

The newly introduced temperature proxy, the tetraether index of archaeal lipids with 86 carbon atoms (TEX86), is based on the number of cyclopentane moieties in the glycerol dialkyl glycerol tetraether (GDGT) lipids of marine Crenarchaeota. The composition of sedimentary GDGTs used for TEX86 paleothermometry is thought to reflect sea surface temperature (SST). However, marine Crenarchaeota occur ubiquitously in the world oceans over the entire depth range and not just in surface waters. We analyzed the GDGT distribution in settling particulate organic matter collected in sediment traps from the northeastern Pacific Ocean and the Arabian Sea to investigate the seasonal and spatial distribution of the fluxes of crenarchaeotal GDGTs and the origin of the TEX86 signal transported to the sediment. In both settings the TEX86 measured at all trap deployment depths reflects SST. In the Arabian Sea, analysis of an annual time series showed that the SST estimate based on TEX86 in the shallowest trap at 500 m followed the in situ SST with a 1 to 3 week time delay, likely caused by the relatively low settling speed of sinking particles. This revealed that the GDGT signal that reaches deeper water is derived from the upper water column rather than in situ production of GDGTs. The GDGT temperature signal in deeper traps at 1500 m and 3000 m did not show a seasonal cyclicity observed in the 500 m trap but rather reflected the annual mean SST. This is probably due to a homogenization of the TEX86 SST signal carried by particles as they ultimately reach the interior of the ocean. Our data confirm the use of TEX86 as a temperature proxy of surface ocean waters.

Grain size percentiles and Mk values of coastal sediments from Schleswig Holstein, western Baltic Sea

In einer Fülle sedimentpetrographischer Arbeiten wird versucht, aus der Korngrößenverteilung und der Mineralzusammensetzung von Sanden Schlüsse auf ihre Herkunft, ihre Transportrichtung oder ihr Ablagerungsmilieu abzuleiten, die für die Lösung geologischer und ebenso auch wasserbaulicher Probleme nötig sind. Diese Literatur steckt noch voller Widersprüche und Fehlschlüsse. In der vorliegenden Arbeit wird daher versucht, den Mechanismus des Sandtransports vom Grundsätzlichen her besser verständlich zu machen. Das geschieht anhand zweier ausgewählter und eingehend untersuchter Beispiele aus dem Küstenbereich der westlichen Ostsee unter Einbeziehung der Erfahrungen an vielen Vergleichsproben aus verschiedensten Sedimentationsräumen. Unentbehrlich für das Verständnis der transportbedingten Veränderungen an den Sanden ist das sog. 'Äquivalenzprinzip' (Abschnitt 2). Es stellt fest, daß es in einem von einer Strömung transportierten Sediment immer Körner zwar verschiedener Korngröße, aber auch entsprechend verschiedener Dichte und/oder Kornform gibt, die miteinander transportiert und abgelagert werden, weil unter den herrschenden hydraulischen Bedingungen diese Eigenschaften einander voll kompensieren. In Abschnitt 3 wird kurz die von Rittenhouse angegebene Methode geschildert, mit der man an natürlichen Sedimenten unter der sehr allgemein gehaltenen 'Äquivalenzbedingung' gleicher Transportierbarkeit bestimmen kann, welches Korngrößenverhältnis ein bestimmtes Verhältnis der Dichten kompensieren kann. Die von Rittenhouse am Beispiel von Flußsanden gefundene Funktion zwischen der Dichte der Körner und ihrem Äquivalenzverhältnis gegen Quarzkörner wird hier als erste Näherung auch für die Transportverhältnisse von Strandsanden zugrunde gelegt. In Abschnitt 6 wird gezeigt, daß das auch gerechtfertigt ist. In Abschnitt 4 wird eine allgemein brauchbare Methode abgeleitet, mit der man nicht nur unter stark vereinfachenden Annahmen, sondern auch an Sanden mit realen, stets komplexen Korn-größenverteilungen die Folgen des Äquivalenzprinzips für die Verteilung von Mineralen verschiedener Dichte berechnen kann. Für jede Serie von Sanden, deren Korngrößenverteilungen entlang des Transportweges eine bestimmte, von den Transportbedingungen abhängige Entwicklung durchmachen, ergibt sich damit eine Kurvenschar, die beschreibt, wie sich die Mengen von Mineralien mit verschiedenen Dichten in den einzelnen Korngrößenklassen dabei ändern müßten, vorausgesetzt, daß sie im gesamten Korngrößenbereich gleich verfügbar wären. Diese Kurvenschar ist die 'Charakteristik' des betreffenden Transportfalles. Durch den Vergleich zwischen den nach der Charakteristik in den einzelnen Klassen zu erwartenden Mineralmengen mit den in dem betrachteten Transportfall tatsächlich gefundenen läßt sich deren relative, d. h. auf die Menge des Quarzes bezogene 'Verfügbarkeit' berechnen. Sie wird durch die sog. 'hydraulischen Verhältnisse' (Rittenhouse) ausgedrückt, die im Gegensatz zu den 'Klassenverhältnissen' von der Korngrößensonderung beim Transport unabhängig und nur von der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials bestimmt sind, solange beim Transport allein das Äquivalenzprinzip wirksam ist. In den untersuchten Fällen von Sandtransport an zwei Strandabschnitten der westlichen Ostsee (Abschnitt 5) zeigte dieser Vergleich (Abschnitt 6), daß die beobachtete Verteilung von Schwermineralen nicht allein durch Transportsonderung unter Gültigkeit des Äquivalenzprinzips erklärt werden kann, sondern daß dabei offenbar auch mechanische Zerkleinerung der Körner während des Transports mitgewirkt haben muß. Nur ein solcher, von der Transportsonderung unabhängiger Effekt kann als Transportrichtungs-Kriterium benutzt werden, wenn die Entwicklung der Korngrößenverteilungen allein keine Entscheidung erlaubt. Wie die Beispiele zeigen, läßt sich Klarheit über die bisher noch sehr umstrittene Frage nach dem Ausmaß der transportbedingten mechanischen Zerkleinerung von Sandkörnern nur gewannen, wenn in Zukunft versucht wird, bei der Bearbeitung natürlicher Beispiele den Einfluß der stets vorhandenen Transportsonderung auf Veränderungen des Mineralbestandes unter Anwendung des Äquivalenzprinzips rechnerisch auszuschalten. Über dieses wesentlichste Ergebnis hinaus erlauben die dargestellten Zusammenhänge auch eine kritische Stellungnahme zu den oben erwähnten allgemeinen Problemen und führen zu methodischen und sachlichen Verbesserungsvorschlägen für weitere Untersuchungen an klastischen Sedimenten.

Planktonic foraminiferal d18O values and apparent calcification depths of core-top samples along an east-west transect across the tropical Atlantic/Caribbean

D18O values of nine tropical-subtropical planktonic foraminiferal species with different preferential habitat depths collected from 62 core-top samples along an east-west transect across the tropical Atlantic/Caribbean were used to test the applicability of interspecific d18O gradients for reconstructions of tropical upper ocean stratification. In general, the d18O difference (Delta d18O) between intermediate- and shallow-dwelling species decreases, and Delta d18O between deep and intermediate dwellers increases with increasing thermocline depth towards the west. The statistical significance of regional differences in Delta d18O highlights Delta d18O between the intermediate dwellers (in particular Globorotalia scitula and Globorotalia tumida) and the shallow dweller Globigerinoides ruber pink, as well as Delta d18O between the deep dwellers Globorotalia crassaformis or Globorotalia truncatulinoides dextral and intermediate dwellers as most sensitive to changes in tropical Atlantic thermocline depth. Based on the observed regional variations in interspecific Delta d18O, we propose a multispecies stratification index "STRAtrop" = (d18Ointermediate - d18Oshallow) / (d18Odeep - d18Oshallow) for the tropical ocean. Statistically significant differences in STRAtrop values between the E-Atlantic and the Caribbean suggest that this index may be a useful tool to monitor variations in tropical upper ocean stratification in the geological record.

(Table 1) Oxygen and carbon isotopic values of benthic foraminifera from the Upper Maastrichtian interval of various DSDP and ODP sites

Stable isotopic data from benthic foraminifera indicate the occurrence of at least three deepwater masses in the late Maastrichtian ocean. Given mean oceanic d18Ow of -1.0 per mil, the temperature of the coolest intermediate-depth waters was 5°-7°C, that of the deepest waters was 10°C, and that of the warmest intermediate waters was 13°-15°C. The cool intermediate-depth water mass probably originated in the high-latitude Southern Ocean. The deepest waters originated at least partly in the northern Atlantic. The source region for the warmest intermediate-depth water mass is unknown. Although much of the late Maastrichtian deep water was probably preconditioned for winter sinking by low- or middle-latitude evaporation, no more than ~11% of late Maastrichtian deep water could have been directly actuated by low-latitude sea surface evaporation. At least in the southern Atlantic and Indian Oceans, heat transport by upwelling of deep water was not the primary cause of mild sea surface and coastal temperatures.