Beryllium-10 in marine sediments and ice cores as a global correlation tool for the synchronization of chronologies over the past 300.000 years
Final Report Abstract
Das kosmogene Radionuklid 10Be entsteht über die Wechselwirkung der Höhenstrahlung mit Atomen der Stratosphäre der Erde. Aufgrund der abschirmenden Wirkung des Erdmagnetfeldes gegenüber der einfallenden kosmischen Strahlung ergibt sich zwischen der atmosphärischen Produktionsrate von 10Be und der Erdmagnetfeldstärke ein antiproportionaler Zusammenhang. Das so gebildete 10Be gelangt über Nass- und Trockendepositionen in den Ozean, aus welchem es, an Sedimentpartikeln adsorbiert, auf dem Meeresgrund abgelagert wird. Dieses Modell bildet die Grundlage für die Rekonstruktion der zeitlichen Variationen der Erdmagnetfeldstärke über die Extraktion von 10Be aus Tiefseesedimentkernen. Im Rahmen dieses Projekts wurden hochaufgelöste Profile der 10Be-Produktions-Flussdichten aus hochakkumulierenden Tiefseesedimenten des Island Beckens sowie des Kap Beckens erstellt, um die globalen Änderungen der Erdmagnetfeldstärke für einen Zeitraum von 300.000 Jahre zu rekonstruieren. Für die Korrektur von ozeanischen Transportsignalen wurde die 230Thxs-Normierungsmethode angewandt. Die insgesamt ca. 400 Proben dieser Kerne wurden in drei hauptanalytischen Phasen auf ihre Uran/Thorium-Isotope, 10Be-Isotope und ausgewählter Haupt- und Nebenelemente analysiert. Dabei dienten die 10Be- und Uran/Thorium Messungen im Wesentlichen der Erstellung der für die Sites entsprechenden 10Be-Stratigraphie. Mit den Messungen der Elemente Ca, Al, Ti, Be, Fe und Mn wurde einerseits das Ziel verfolgt, die Sedimentationsgeschichte der untersuchten Sites abzuschätzen und andererseits einen Einblick in den Durchlüftungszustand der Wassersäule zu glazialen/interglazialen Zeiten zu erhalten, um Aussagen über die etwaige klimatische Beeinflussung des 10Be-Produktionssignals treffen zu können. Die Anwendung der 230Thxs-Methode lieferte eine aussagekräftige Rekonstruktion der Erdmagentfeldvariationen. Ferner konnte für die Sites 983 und 1089 die rezente Produktionsrate im Rahmen der Fehlergrenzen annähernd gut reproduziert werden. Den überzeugendsten Beweis lieferte die Gegenüberstellung der Sites 983, 1089 und auch 1063 mit einer Vielzahl von Datensätzen aus der Literatur. Es konnten weitestgehend alle prominenten geomagnetischen Events zeitlich in Einklang gebracht werden. Die zeitliche Variabilität betrug hier im Allgemeinen maximal 5 ka. Dabei wiesen die Vergleiche mit den Paläointensitätsrecords PI 983 und PI 1089 sowie der Vergleich mit der 10Be-Stratigraphie der Site 1089 und der relativen 10Be/9Be-Stratigraphie sehr gute Übereinstimmungen auf. Es lässt sich zusammenfassend schlussfolgern, dass die im Rahmen dieses Projektes aufgestellten 230Thxs-normierten 10Be-Produktionsflüsse die globalen Schwankungen des Erdmagnetfeldes für den Zeitraum von 300 bis 0 ka wiedergeben. Die Datensätze beinhalten somit das Potential zur Synchronisation anderer Archive über die angesprochenen geomagnetischen Events.
Publications
- Reconstruction of the geomagnetic field strength over the past 300.000 years derived from 10Be data of ODP-drift sediments from the Northwest and South Atlantic Ocean. IODP-ICDP Kolloquium 2006, Greifswald
Bernsdorff et al.
- 231Pa/230Th from Atlantic Ocean sediments - a proxy for deep water circulation over the past 30,000 years. IODP Topical Symposium 2007 / ECORD Summerschool on Paleoceanography 2007
Lippold et al.
- Highly resolved Beryllium-10 record from ODP Site 1089 - A global signal?. Earth and Planetary Science Letters 257, 2007
Christl et al.
- Protactinium-231: A new radionuclide for AMS. NIMB 262, 2007
Christl et al.
- Reconstruction of the geomagnetic field strength over the past 300.000 years derived from 10Be data of ODP-drift sediments from the Atlantic Ocean. Terra Nostra 2007/1-2, International Meeting of the Geologische Vereinigung
Bernsdorff et al.
- Sensitivity and response of beryllium-10 in marine sediments to rapid production changes (geomagnetic events): A box model study. Geochemistry, Geophysics, Geosystems, 2007
Christl, M.
- Die Anwendung des 231Pa/230Th zur Rekonstruktion der Atlantischen Zirkulation. Ph.D. thesis, University of Heidelberg, 2008
Lippold, J.
(See online at https://doi.org/10.11588/heidok.00008956) - 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
Lippold et al.
- Rekonstruktion der Erdmagnetfeldstärke der vergangenen 300.000 Jahre über den kosmogenen Tracer 10Be aus Atlantischen Tiefseesedimenten (ODP-Sites 983 und 1063). Ph.D. thesis, University of Heidelberg, 2008
Bernsdorff, F.
(See online at https://doi.org/10.11588/heidok.00008733) - Water mass properties and circulation in the Cape Basin - A multiproxy approach. Geochimica et Cosmochimica Acta (2009), Volume 73, Number 13S
Christl and Mangini
