The coral sclerochronology perspective of Panaman gateway dynamcis and climate change
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Central American Seaway (CAS) wird als ein maßgebliches Ventil im Verteilungssystem warmer Oberflächenwassermassen im Weltozean angesehen. Die Schließung des CAS vor ca. 3,5 Ma soll zu einer Umleitung warmer äquatorialer Wassermassen über die Florida Straße in den Nordatlantik und letztlich über den assoziierten Feuchtigkeitstransport zur Ausbildung des Nordhemisphären Eisschildes beigetragen haben. In diesem Vorhaben sollte getestet werden, ob saisonal aufgelöste Temperatur-Archive (Riffkorallen) aus neogenen Schichtfolgen des westlichen äquatorialen Atlantik diese Änderung im Zirkulationsmuster abbilden. Aufgrund internationaler Absprachen im Verlauf des Projekts mussten die geplanten Untersuchungen jedoch auf zwei Regionen konzentriert werden: Florida-Halbinsel/USA und Insel Hispaniola/Dominikanische Republik. In dem veränderten Konzept sollte die Insel Hispaniola den zentralen Riffgürtel dokumentieren („Tropen“; geringe SST-Saisonalität, ausgeprägte Regenzeit, außerdem Lee/Luv-Effekte), die Halbinsel Florida den äußeren Rand des Riffgürtels („Subtropen“, große Saisonalität, Kontrolle des Riffwachstums durch Minimaltemperaturen, Niederschlagseffekte). Die in δ18O-Werten (18O/16O-Verhältnisse im Skelettkarbonat) dokumentierte Saisonalität erwies sich in beiden Regionen über die Zeit seit ~6 Ma bis heute als ausgesprochen konstant; um Hispaniola betrug sie <2°C und an der Florida-Plattform 7 – 10°C. Somit werden Vorhersagen einer Änderung infolge der Schließung das CAS widerlegt. Dieses neue und unerwartete Ergebnis fügt sich jedoch zwanglos in die jüngste Vorstellung einer Schließung des CAS vor schon rund 15 Ma ein. Langfristige Trends betreffen die Abnahme der mittleren δ18O-Werte, deren Ursachen bzw. Erklärungsmöglichkeiten vielfältig sind. Für die Florida-Plattform lassen sich zwei Erklärungsansätze erkennen: Entgegen einer langfristigen pliopleistozänen Abkühlung ein zunehmender Eintrag von Luftfeuchtigkeit aus dem Azorenhoch, oder aber die Abnahme von Upwelling auf der Westseite der Halbinsel. Die detaillierte, kombinierte Analyse von Proxy-Daten (δ18O, δ13C, Elementkonzentrationen) mit den Kalzifikationsmustern der Riffkorallenskelette hat zwei grundsätzlich neue Ergebnisse gezeitigt: (1.) Die Florida-Plattform unterlag wiederkehrenden Phasen des Upwelling in einem Zeitfenster von einigen Jahren bis Jahrzehnten, die mit ähnlich langen Episoden ohne Upwelling abwechselten. Offensichtlich hatte das Upwelling einen mildernden Einfluss auf die sonst sehr heißen Temperaturen, was sich im Korallenskelett mit hohen Kalzifikationsraten gegenüber sonst niedrigen Kalzifikationsraten abbildet. (2.) Trotz des mildernden Einflusses des Upwelling verblieben die Kalzifikationsraten im Vergleich mit heutigen Korallen sehr niedrig (~50 %), was neben überhöhten Temperaturen auch auf einem vergleichsweise niedrigen interglazialen pH-Wert bzw. niedrigerer Aragonitsättigung des Meerwassers beruhen könnte. Das Projekt liefert somit mögliche Belege für eine zukünftig abnehmende Kalzifikation am Florida Reef Tract durch globale Erwärmung und anthropogenen CO2-Ausstoß. Im Kontext der globalen Erwärmung können Upwelling-Gebiete als mögliche Rückzugsgebiete für Riffkorallen angesehen werden. Die Kalzifikationsmechanismen in Riffkorallen aus Auftriebssystemen sind jedoch weitgehend unbekannt. Obwohl nährstoffreiche Bedingungen (Upwelling) generell als schädlich für Korallenwachstum angesehen werden, haben unsere Untersuchungen und eine publizierte Studie über das Galapagos-System gezeigt, dass Korallen auf Upwelling mit erhöhten Extensionsraten aber reduzierter Skelettdichte und geringen Kalzifikationsraten reagieren. Ein weitgehend unerforschtes Riffsystem mit Upwelling-Einfluss kommt entlang der omanischen Küste vor. In einem zukünftigen Vorhaben sollen deswegen dort sclerochronologische Daten erhoben und Beobachtungen zur Skelettbildung gesammelt werden. Wir erhoffen uns Unterschiedungsmöglickeiten von Systemen mit Upwelling und global geringem pCO2.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 2011. An unusual Pocillopora reef from the Late Miocene of Hispaniola. Coral Reefs 30, 307
Reuter, M., Brachert, T.C., Böcker, A., Klaus, J.S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00338-011-0728-4) - 2013. Density banding in corals: barcodes of past and current climate change. Coral Reefs 32, 1013-1023
Brachert, T.C., Reuter, M., S. Krüger, Böcker, A., Lohmann, H., Mertz-Kraus, R., Fassoulas, C.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00338-013-1056-7) - 2013. The Lago Enriquillo fringing reef (Dominican Republic): a unique window into Holocene coral reef ecosystems of the Caribbean Sea. International Journal of Earth Sciences
Reuter, M., Böcker, A., Lohmann, H.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s00531-013-0869-5) - 2014. A 4.2 Million years record of interglacial paleoclimate from sclerochronological data of Florida carbonate platform (Early Pliocene to recent). Global and Planetary Change 120, 54-64
Brachert, T.C., Reuter, M., Krüger, S., Lohmann, H., Petuch, E.J., Klaus, J.S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2014.06.001) - (2015): Low Florida coral calcification rates in Plio-/Pleistocene.- Biogeosciences Discussions, 12, 20515-20555
Brachert, T.C., Reuter, M., Krüger, S., Petuch, E., Klaus, J.S., Helmle, K., Lough, J.
(Siehe online unter https://doi.org/10.5194/bgd-12-20515-2015) - (2016) Upwellings mitigated Plio-Pleistocene heat stress for reef corals on the Florida platform (USA). Biogeosciences, 13, 1469-1489
Brachert, T.C., Krüger, S., Reuter, M., Kirkerowicz, J., Klaus, J.S.
(Siehe online unter https://doi.org/10.5194/bg-13-1469-2016)
