231Pa/230Th profiles from highly accumulating Atlantic sediment cores - a proxy for deep water circulation over the past 30,000 years

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Atlantische Tiefenwasserzirkulation, durch die große Mengen an Wärmeenergie in hohe Breiten transportiert und ein beträchtlicher Anteil an CO2 in große Wassertiefen verbracht wird, stellt einen entscheidenden Faktor für das globale Klimasystem dar. Um zukünftige Klimaentwicklungen vorhersagen zu können, ist es daher entscheidend Mechanismen und Zusammenhänge zu verstehen, die die Tiefenwasserausbreitung steuern. Hierzu liegt der Schlüssel in der Erforschung der Vergangenheit, weil dadurch das Verhalten der Zirkulation unter verschiedenartigen Randbedingungen untersucht werden kann. Eine viel versprechende Methode um die Stärke der Tiefenwasserströmung im Atlantik zu rekonstruieren ist das Verhältnis der beiden Radioisotope 231Pa und 230Th im Sediment, die beide homogen aus dem natürlichen Uran im Meerwasser entstehen. Frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass Maxima dieses Verhältnisses zeitgleich zu extremen Klimaereignissen auftraten. Neben der Stärke der Atlantischen Zirkulation kann das 231Pa/230Th jedoch auch von anderen Parametern (Partikelfluss, Chemismus der Wassermasse) gesteuert werden. Dieses Projekt hat sich daher zum Ziel gesetzt die Randbedingungen der Anwendbarkeit des 231Pa/230Th-Proxies anhand von Messdaten zu untersuchen. Hierzu wurden 231Pa/230Th-Tiefenprofile (zurück bis 35.000 Jahre) an sechs Schlüsselstellen des Atlantiks mit Proxies für Partikelfluss und Wassermasse verglichen. Es wurde der Einfluss des partikelreichen östlichen Ozeanrandes untersucht. Dort wurde vermutet, dass durch verstärkte Bioproduktivität übermäßig viel an 231Pa aus der Wassersäule ausgewaschen wird und dadurch niedrigere 231Pa/230Th Werte im Restatlantik verursacht werden, die aber nicht Folge aktiver Zirkulation sind. Es stellte sich jedoch heraus, dass weder im Holozän noch im letzten Glazial dieser Prozess stark genug war, um das 231Pa/230Th-Budget des Atlantiks entscheidend zu stören. Dennoch wurde allgemein eine starke Korrelation von Partikelfluss und 231Pa/230Th festgestellt. Deutlich hat sich hierbei der Einfluss von partikulärem Opal auf das 231Pa/230Th herausgestellt. Bei einem Tiefenprofil im Westatlantik konnten drei 231Pa/230Th-Exkursionen festgestellt werden, die zeitgleich zu prominenten Kälteereignissen stattfanden, aber auch sehr eng das Auftreten von opalbildenden Algen nachzeichneten. Die Folgerung einer früheren Studie, dass erhöhte 231Pa/230Th allein auf eine Abschwächung der Atlantischen Zirkulation zurück zu führen sind, konnte damit nicht bestätigt werden. Andererseits zeigen an anderer Stelle 231Pa/230Th-Variationen ohne signifikante Änderungen im Partikelfluss Wechsel der dominierenden Wassermasse an. Der enge Zusammenhang zwischen Partikelfluss und Wassermasse einerseits und 231Pa/230Th andererseits verdeutlicht, dass das 231Pa/230Th einzelner Kerne nur bedingt zur Rekonstruktion der atlantischen Zirkulation verwendet werden kann und zukünftig besser räumlich und zeitlich gemittelte Daten heranzuziehen sind.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• 231Pa/230Th from Atlantic Ocean sediments - a proxy for deep water circulation over the past 30,000 years, IODP Topical Symposium, 2007 and ECORD Summerschool on Paleoceanography, 2007
  Jörg Lippold
  
• 231Pa/230Th from Atlantic Ocean sediments - a proxy for deep water circulation over the past 30,000 years, Terra Nostra, 2007, 1-2, International Meeting of the Geol. Vereinig.
  Jörg Lippold, Marcus Christl, Frank Bernsdorff, Yann Lahaye, Augusto Mangini
  
• Die Anwendung des 231Pa/230Th zur Rekonstruktion der Atlantischen Zirkulation, Dissertation, Universität Heidelberg, 2008
  Jörg Lippold
  
• Display sedimentary 231Pa/230Th ratios the deep water circulation of the Atlantic Ocean? – An approach for the past 30,000 years, Geochimica et Cosmochimica Acta, 2008, Volume 72, Number 12S
  Jörg Lippold, Marcus Christl, Jens Grützner, Yann Lahaye, Diane Winter and Augusto Mangini
  
• Display sedimentary 231Pa/230Th ratios the deep water circulation of the Atlantic Ocean? – An approach for the past 30,000 years, IODP/ICDP Kolloquium, Hannover, 2008
  Jörg Lippold, Marcus Christl, Alexander Hofmann, Frank Bernsdorff, Yann Lahaye, Augusto Mangini, Jens Grützner, Gesine Mollenhauer
  
• Challenges to Understanding Ocean Circulation during the Last Glacial Maximum - MARUM Workshop: Reconstruction of the Glacial Deep Ocean Circulation Bremen, Germany, 4-7 November 2008, EOS Trans. AGU, 2009, 90(19), 169
  A. Paul, S. Mulitza, T. Arsouze, W. Berger, T. Bickert, M. Butzin, C. Chiessi, M. Cook, T. Dokken, J.-M. Gherardi, M. Gutjahr, E. Hathorne, B. Hickey, J. Hirschi, B. Hoogakker, J. Lippold, J. Lynch-Stieglitz, A. Mackensen, O. Marchal, T. Marchitto, E. Michel, U. Ninnemann, K. Oliver, A. Piotrowski, M. Prange, M. Sarnthein, L. Skinner and M. Weinelt
  
• Does sedimentary 231Pa/230Th from the Bermuda Rise monitor past Atlantic Meridional Overturning Circulation?, Geophysical Research Letters, 2009, Volume 36, L12601
  Jörg Lippold, Jens Grützner, Diane Winter, Yann Lahaye, Augusto Mangini and Marcus Christl
  
• The response of sedimentary 231Pa/230Th on particle flux - findings from the African margin, Geochimica et Cosmochimica Acta, 2009, Volume 73, Issue 13, Supplement 1
  Jörg Lippold, Marcus Christl, Alexander Hofmann, Gesine Mollenhauer, Stefan Mulitza, Stefan Weyer and Augusto Mangini