Sedimentological, mineralogical, biogeochemical and micropaleontological parameters on sediment core PS69/849-2, Burton Basin, MacRobertson Shelf, East Antarctica

A multi-proxy study including sedimentological, mineralogical, biogeochemical and micropaleontological methods was conducted on sediment core PS69/849-2 retrieved from Burton Basin, MacRobertson Shelf, East Antarctica. The goal of this study was to depict the deglacial and Holocene environmental history of the MacRobertson Land-Prydz Bay region. A special focus was put on the timing of ice-sheet retreat and the variability of bottom-water formation due to sea ice formation through the Holocene. Results from site PS69/849-2 provide the first paleo-environmental record of Holocene variations in bottom-water production probably associated to the Cape Darnley polynya, which is the second largest polynya in the Antarctic. Methods included end-member modeling of laser-derived high-resolution grain size data to reconstruct the depositional regimes and bottom-water activity. The provenance of current-derived and ice-transported material was reconstructed using clay-mineral and heavy-mineral analysis. Conclusions on biogenic production were drawn by determination of biogenic opal and total organic carbon. It was found that the ice shelf front started to retreat from the site around 12.8 ka BP. This coincides with results from other records in Prydz Bay and suggests warming during the early Holocene optimum next to global sea level rise as the main trigger. Ice-rafted debris was then supplied to the site until 5.5 cal. ka BP, when Holocene global sea level rise stabilized and glacial isostatic rebound on MacRobertson Land commenced. Throughout the Holocene, three episodes of enhanced bottom-water activity probably due to elevated brine rejection in Cape Darnley polynya occured between 11.5 and 9 cal. ka BP, 5.6 and 4.5 cal. ka BP and since 1.5 cal. ka BP. These periods are related to shifts from warmer to cooler conditions at the end of Holocene warm periods, in particular the early Holocene optimum, the mid-Holocene warm period and at the beginning of the neoglacial. In contrast, between 7.7 and 6.7 cal. ka BP, brine rejection shut down, maybe owed to warm conditions and pronounced open-water intervals.

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.

Stable oxygen isotope and Mg/Ca data of Globigerinoides ruber white, water stable oxygen isotope data, SST and MAT records of sediment core GeoB6211-2

During Termination 1, millennial-scale weakening events of the Atlantic meridional overturning circulation (AMOC) supposedly produced major changes in sea surface temperatures (SSTs) of the western South Atlantic, and in mean air temperatures (MATs) over southeastern South America. It has been suggested, for instance, that the Brazil Current (BC) would strengthen (weaken) and the North Brazil Current (NBC) would weaken (strengthen) during slowdown (speed-up) events of the AMOC. This anti-phase pattern was claimed to be a necessary response to the decreased North Atlantic heat piracy during periods of weak AMOC. However, the thermal evolution of the western South Atlantic and the adjacent continent is so far largely unknown. Here we address this issue, presenting high-temporal-resolution SST and MAT records from the BC and southeastern South America, respectively. We identify a warming in the western South Atlantic during Heinrich Stadial 1 (HS1), which is followed first by a drop and then by increasing temperatures during the Bølling-Allerød, in phase with an existing SST record from the NBC. Additionally, a similar SST evolution is shown by a southernmost eastern South Atlantic record, suggesting a South Atlantic-wide pattern in SST evolution during most of Termination 1. Over southeastern South America, our MAT record shows a two-step increase during Termination 1, synchronous with atmospheric CO2 rise (i.e., during the second half of HS1 and during the Younger Dryas), and lagging abrupt SST changes by several thousand years. This delay corroborates the notion that the long duration of HS1 was fundamental in driving the Earth out of the last glacial.