Paleomagnetic record of Site 177-1089

We report geomagnetic directional paleosecular variation, relative paleointensity proxies and oxygen isotope data from the upper 88 m composite depth (mcd) at South Atlantic Ocean Drilling Program (ODP) Site 1089 (40°56.2?S, 9°53.64?E, 4620 m water depth). The age model is provided by high-resolution oxygen isotope stratigraphy, augmented by radiocarbon dates from the upper 8 mcd of nearby piston core RC11-83. Mean sedimentation rates at Site 1089 are in the range of 15 to 20 cm/kyr. Two intervals during the Brunhes Chron, at ?29.6 mcd (?190 ka) and at ?48 mcd (?335 ka), have component magnetization directions with positive (reverse polarity) inclination; however, the excursional directions are heavily overprinted by the postexcursional field. Magnetite is the dominant carrier of magnetic remanence, and occurs in the pseudosingle-domain (PSD) grain size. An additional higher-coercivity magnetic carrier, characterized by low unblocking temperatures (<350°C), is assumed to be authigenic pyrrhotite. A decrease in magnetization intensity down core is mirrored by a reduction in pore water sulfate, indicating diagenetic reduction of magnetite. Despite down-core changes in magnetic mineralogy, normalized intensity records from Site 1089 are comparable with high-resolution paleointensity records from the North Atlantic (e.g., ODP Sites 983 and 984). Sediment properties and sedimentation patterns within the Cape (Site 1089) and Iceland (Sites 983 and 984) Basins are distinctly different at both millennial and orbital timescales and therefore preclude lithologic variability from being the source of this correlation. Variations in normalized intensity from Site 1089 therefore appear to reflect changes in global-scale geomagnetic field intensity.

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.

Sedimentologic and magnetic data of sediment cores on the western slope of the Mid-Atlantic Ridge

The relative paleointensity (RPI) method assumes that the intensity of post depositional remanent magnetization (PDRM) depends exclusively on the magnetic field strength and the concentration of the magnetic carriers. Sedimentary remanence is regarded as an equilibrium state between aligning geomagnetic and randomizing interparticle forces. Just how strong these mechanical and electrostatic forces are, depends on many petrophysical factors related to mineralogy, particle size and shape of the matrix constituents. We therefore test the hypothesis that variations in sediment lithology modulate RPI records. For 90 selected Late Quaternary sediment samples from the subtropical and subantarctic South Atlantic Ocean a combined paleomagnetic and sedimentological dataset was established. Misleading alterations of the magnetic mineral fraction were detected by a routine Fe/kappa test (Funk, J., von Dobeneck, T., Reitz, A., 2004. Integrated rock magnetic and geochemical quantification of redoxomorphic iron mineral diagenesis in Late Quaternary sediments from the Equatorial Atlantic. In: Wefer, G., Mulitza, S., Ratmeyer, V. (Eds.), The South Atlantic in the Late Quaternary: reconstruction of material budgets and current systems. Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg/New York/Tokyo, pp. 239-262). Samples with any indication of suboxic magnetite dissolution were excluded from the dataset. The parameters under study include carbonate, opal and terrigenous content, grain size distribution and clay mineral composition. Their bi- and multivariate correlations with the RPI signal were statistically investigated using standard techniques and criteria. While several of the parameters did not yield significant results, clay grain size and chlorite correlate weakly and opal, illite and kaolinite correlate moderately to the NRM/ARM signal used here as a RPI measure. The most influential single sedimentological factor is the kaolinite/illite ratio with a Pearson's coefficient of 0.51 and 99.9% significance. A three-member regression model suggests that matrix effects can make up over 50% of the observed RPI dynamics.

(Table T2) Remanent anomaly and Koenigsberger ratio of ODP holes

Magnetic field strength and magnetic susceptibility were logged with the geological high-resolution magnetic tool (GHMT) at three of the holes drilled during Ocean Drilling Program Leg 178 to the west of the Antarctic Peninsula. Polarity stratigraphies derived from the GHMT logs bear close resemblance to the polarities determined from core paleomagnetism at two of the holes and were used for magnetostratigraphic dating, especially in intervals where no core was recovered. Polarity is determined in the following way. First, the susceptibility log is used to determine the induced magnetization of the sediment. Then the background field, the field of the metal drill pipe, and the field anomaly of the sediment's induced magnetization are removed from the measured total field to leave the downhole anomaly of the sediment's remanent magnetization. The sign (positive or negative) of this anomaly gave a good polarity stratigraphy for Holes 1095B and 1096C, which are located in sediment drifts. A further step, correlation analysis, is based on the fact that in an interval of normal polarity sediment the remanent anomaly will correlate with the induced anomaly, whereas in reversed polarity sediment they will anticorrelate. The magnetite-rich, fine-grained sediments found in the two holes drilled into the sediment drift have a ratio of remanent to induced magnetization (the Koenigsberger ratio) of ~1. In contrast, the coarser-grained diamict sediments on the shelf have a Koenigsberger ratio of ~0.2, and extracting the remanent part of the downhole anomaly is much more difficult. By the comparison of core and log results, we can assess the viability of the GHMT polarities in detail, what proportion of the overprint in the cores is imparted by the coring process, and whether any paleointensity information is extractable from the GHMT logs.

Atlantic 231Pa/230Th and biogenic opal compilation of the Holocene and the LGM

The strength and geometry of the Atlantic meridional overturning circulation is tightly coupled to climate on glacial-interglacial and millennial timescales, but has proved difficult to reconstruct, particularly for the Last Glacial Maximum. Today, the return flow from the northern North Atlantic to lower latitudes associated with the Atlantic meridional overturning circulation reaches down to approximately 4,000 m. In contrast, during the Last Glacial Maximum this return flow is thought to have occurred primarily at shallower depths. Measurements of sedimentary 231Pa/230Th have been used to reconstruct the strength of circulation in the North Atlantic Ocean, but the effects of biogenic silica on 231Pa/230Th-based estimates remain controversial. Here we use measurements of 231Pa/230Th ratios and biogenic silica in Holocene-aged Atlantic sediments and simulations with a two-dimensional scavenging model to demonstrate that the geometry and strength of the Atlantic meridional overturning circulation are the primary controls of 231Pa/230Th ratios in modern Atlantic sediments. For the glacial maximum, a simulation of Atlantic overturning with a shallow, but vigorous circulation and bulk water transport at around 2,000 m depth best matched observed glacial Atlantic 231Pa/230Th values. We estimate that the transport of intermediate water during the Last Glacial Maximum was at least as strong as deep water transport today.