Changing sediment provenance in the Indian Ocean-Atlantic Ocean gateway during the Pliocene in relation to current dynamics and variations in continental climate
Geophysics
Final Report Abstract
Das Forschungsprojekt zielte auf ein besseres Verständnis der Einflüsse von Klima und Tektonik auf die Sedimentablagerungen am argentinischen Kontinentalrand während des Känozoikums ab. Eine Vielzahl qualitativ hochwertiger seismischer Reflektionsprofile vom nördlichen Kontinentalrand wurde genutzt um vorhergehende Untersuchungen von den südlichen und zentralen Segmenten zu ergänzen. Ziel war die Detektion, Charakterisierung und Kartierung von Strukturen, die entweder hangparallele oder hangabwärts gerichtete Sedimentablagerung anzeigen, um daraus Änderungen der ozeanischen Zirkulation und in der Sedimentzufuhr aus dem Hinterland zu rekonstruieren. Die Arbeiten konzentrierten sich deshalb primär auf die Integration von Kern- und Seismik-Daten an IODP Site U1475 (Agulhas Plateau). Für die Abfolge spätes Miozän bis Pleistozän auf dem Agulhas Plateau konnte eine neue seismische Stratigraphie erstellt werden, die auf sorgfältig editierten und in-situ korrigierten, hochauflösenden sedimentphysikalischen Kernloggingdaten von IODP Site U1475 beruht. Synthetische Seismogramme erlaubten akkurate Laufzeit-Tiefen Umrechnungen und Altersbestimmungen anhand einer kombinierten Bio- und Magnetostratigraphie. Zwei Reflektoren datiert auf das späte Miozän (~5.7 ± 0.5 Ma) und das frühe Pliozän (~4.1 ± 0.4 Ma) begrenzen ein Intervall mit auffällig hohen Sedimentationsraten, das durch Sedimentwellen charakterisiert ist und eine Zeit starker Atlantischer meridionaler Umwälzzirkulation (AMOC) mit maximiertem Einstrom von Nordatlantischem Tiefenwasser (NADW) in die Indik-Atlantik Schnittstelle repräsentiert. Ein rhythmisch wiederkehrendes Ablagerungsmuster innerhalb dieser Sedimentwellensequenz reflektiert wahrscheinlich den 100-ka Orbitalzyklus. Andererseits zeigen chemische Elementverhältnisse, Farbspektren und natürliche Gammastrahlung die höchste Variabilität im Präzessionsband (18 – 23 ka). Dass die Kernloggingdaten offensichtlich sehr regelmäßige die orbitalen Anregungen wiederspiegeln, impliziert die Möglichkeit einer signifikante Verbesserung des bisherigen Altersmodels anhand von Zyklostratigraphie. Ein Reflektor moderater Amplitude und einem Alter von ~2.7 ± 0.3 Ma korreliert zeitlich mit der Intensivierung der Nordhemispherenvereisung und representiert möglicherweise eine der stärkeren glazialen Abkühlungsphasen (Marine Isotopen Stadien (MIS) G10 oder G6), die der vollständigen Schließung des mittelamerikanischen Seeweges (CAS) folgten. Ein weiterer starker Reflektor wird durch erhöhte Karbonatablagerung an einer glazialen Termination während der frühpleistozänen Klimaübergangsphase (~1.5 ± 0.3 Ma) verursacht. Diese Termination lag zeitlich wohl vor den starken Warmphasen MIS 47 und 49. Hohe seismische Amplituden zeichnen auch zwei Reflektoren innerhalb des Spätpleitozäns aus, die jeweils Übergänge von interglazialen zu glazialen Stadien bei ~ 0.36 ± 0.02 Ma and 0.80 ± 0.05 Ma markieren. Damit sind beide Reflektoren mit Abkühlungsphasen verknüpft die dem herausgehobenen Interglazial MIS 11 sowie dem begin des mittelpleistozänen Klimaübergangs (MPT) folgten. Damit haben wir gezeigt, dass die prominentesten globalen Änderung im Klima- und der Ozeanographie der letzten 7 Ma einen Abdruck in der physikalischen und chemischen Sedimentstruktur eines Sedimentdriftkörpers auf dem Agulhas Plateau hinterlassen haben. Daitailiertere stratigraphische und geochemische Analysen, die notwendig wären um eine präzisere Datierung der Reflektoren zu ermöglichen, liegen nicht im Rahmen dieses kurzen Projektes, sollten aber Gegenstand zukünftiger Arbeiten sein. Unsere Ergebnisse unterstreichen deutlich, dass IODP Bohrung U1475 ein ideales Archiv für hochauflösende paläo-ozeanographische Rekonstruktionen bereithält. In diesem Zusammenhang machen die hohen Sedimentationsraten von ~10 cm/ka im Zeitintervall ~3.9 - 5.3 Ma die Lokation speziell geignet für paläo-ozeanographische Fragestellungen betreffend tausendjährige Zeitskalen im Pliozän.
Publications
- 2017. Expedition 361 summary, in: Hall, I.R., Hemming, S.R., LeVay, L.J., and the Expedition 361 Scientists (Ed.), South African Climates (Agulhas LGM Density Profile), Proceedings of the International Ocean Discovery Program, 361. International Ocean Discovery Program, College Station, TX
Hall, I.R., Hemming, S.R., LeVay, L.J., Barker, S., Berke, M.A., Brentegani, L., Caley, T., Cartagena-Sierra, A., Charles, C.D., Coenen, J.J., Crespin, J.G., Franzese, A.M., Gruetzner, J., Han, X., Hines, S.K.V., Jimenez Espejo, F.J., Just, J., Koutsodendris, A., Kubota, K., Lathika, N., Norris, R.D., Periera dos Santos, T., Robinson, R., Rolinson, J.M., Simon, M.H., Tangunan, D., van der Lubbe, J.J.L., Yamane, M., Zhang, H.
(See online at https://doi.org/10.14379/iodp.proc.361.2017) - The last 1 million years of the extinct genus Discoaster: Plio–Pleistocene environment and productivity at Site U1476 (Mozambique Channel). Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology
Tangunan, D.N., Baumann, K.-H., Just, J., LeVay, L.J., Barker, S., Brentegani, L., De Vleeschouwer, D., Hall, I.R., Hemming, S., Norris, R., and the Expedition 361 Shipboard Scientific Party incl. Gruetzner, J.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2018.05.043)
