Bellingshausenmeer

NEOGENE SEDIMENTATIONS- UND KLIMAGESCHICHTE, NÖRDLICHES BELLINGSHAUSENMEER, ANTARKTISCHE HALBINSEL
(Ocean Drilling Program, Leg 178)

Prof. Dr. Werner Ehrmann

Dr. Claus-Dieter Hillenbrand
Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung, Bremerhaven

Hintergrund:

Die heutige antarktische Eiskappe spielt eine grosse Rolle im globalen Klimasystem, weil sie sowohl die atmosphärische als auch die ozeanische Zirkulation der Erde beeinflusst. Trotz dieser Bedeutung ist bis heute relativ wenig über die neogene glaziale und klimatische Geschichte der Antarktis und die Auswirkung von Änderungen im Eisvolumen bekannt. Die neogene Entwicklung wurde vor allem aus Stellvertreterdaten abgeleitet, die in den niederen Breiten gewonnen wurden. Besondere Bedeutung kam hier den Isotopendaten aus benthischen Foraminiferen zu, die jedoch kein eindeutiges Bild liefern, da sie sowohl auf Änderungen im Eisvolumen als auch in der Meerwassertemperatur reagieren.

Abb. 1: Lage der untersuchten Bohrungen 1095 und 1096 und des untersuchten Kernes PS1565 westlich der Antarktischen Halbinsel sowie Tonmineralvergesellschaftungen in den Oberflächensedimenten (nach Daten von Petschick et al., 1996, und Diekmann et al., 2000). Die Vergesellschaftung im NE ist durch hohe Smektitgehalte gekennzeichnet (Smektit-Provinz), wohingegen die Schelfsedimente weiter im SW mehr Chlorit und Illit enthalten (Chlorit-Illit-Provinz). Am Kontinentalfuss vor der Chlorit-Illit-Provinz zeichnen sich die Oberflächensedimente durch im Vergleich mit dem Schelf erhöhte Smektitgehalte aus.

Untersuchungen:

Offene Fragen zur neogenen Klimaentwicklung und zur Eisdynamik in der Antarktis sollten mit Hilfe von proximalen Sedimenten aus Bohrungen im Südpolarmeer beantwortet werden. Dazu dienten die Bohrungen 1095 und 1096, die im Rahmen des Fahrtabschnitts 178 des Ocean Drilling Programs (ODP) am pazifischen Kontinentalrand der Antarktischen Halbinsel abgeteuft wurden (Abb. 1). Die Sedimentkerne erschliessen hemipelagische Driftkörper am Kontinentalfuß und enthalten eine kontinuierliche obermiozäne bis quartäre Schichtenabfolge (letzte 9 Millionen Jahre).

Die Tonmineralvergesellschaftungen der Sedimente wurden untersucht, um zur Rekonstruktion der Transportmechanismen und -pfade beizutragen, die aufgrund ihrer paläoklimatischen und paläoglaziologischen Kopplung Aufschluß über Auf- und Abbau des antarktischen Eisschildes geben.

Abb. 2: Dreiecksdiagramm der Tonmineralzusammensetzung in den 192 untersuchten Proben von Site 1095 und den 119 untersuchten Proben von Site 1096. Kaolinit tritt nur in Spuren auf und wurde zum Chlorit hinzugerechnet. Die Vergesellschaftungen bewegen sich zwischen zwei Endgliedern. Das eine Endglied ist gekennzeichnet durch <20% Smektit und >40% Chlorit und zeigt glaziale Bedingungen an. Das zweite Endglied hat >20% Smektit und <40% Chlorit und repräsentiert interglaziale Bedingungen.

Ergebnisse:

1. Die Tonmineralvergesellschaftungen in Oberflächensedimenten am westlichen Kontinentalrand der Antarktischen Halbinsel bestehen aus Smektit, Chlorit und Illit. Kaolinit tritt nur in Spuren auf. Hohe Smektitgehalte kennzeichnen die Schelfsedimente vor dem nördlichen Graham Land, wohingegen Chlorit und Illit die Schelfsedimente vor der südlichen Antarktischen Halbinsel dominieren. Am Kontinentalfuss transportiert eine Bodenströmung Smektit aus Norden nach Süden (Abb. 1).

2. In den spätquartären Sedimenten des Kerns PS1565 sind interglaziale Tonmineralvergesellschaftungen durch hohe Smektitgehalte und glaziale Vergesellschaftungen durch hohe Chloritgehalte gekennzeichnet. Während der Glaziale wurde chloritreicher Detritus durch gravitative Sedimentumlagerungen zum Kontinentalfuss transportiert. Diese Prozesse wurden dadurch ausgelöst, dass auf Grund aufliegendes Eis bis zur Schelfkante vorrückte.

3. Obermiozäne und quartäre Sedimente der Bohrungen 1095 und 1096 zeigen Tonmineralvergesellschaftungen, die denen in PS1565 sehr ähnlich sind und sich zwischen zwei Endgliedern bewegen. Das eine Endglied ist gekennzeichnet durch <20% Smektit und >40% Chlorit. Das zweite Endglied hat >20% Smektit und <40% Chlorit. Die Änderungen werden wiederholten Vorstössen und Rückzugsphasen des Eises auf dem Schelf westlich der Antarktischen Halbinsel zugeschrieben, die Glazial-Interglazial-Zyklen widerspiegeln (Abb. 2). Oszillationen im antarktischen Eisvolumen haben also wahrscheinlich bereits im Obermiozän das globale Klima beeinflusst.

4. Nur geringe langfristige Änderungen konnten in den Tonmineralvergesellschaftungen der Bohrungen 1095 und 1096 festgestellt werden. Ein geringer Anstieg der Smektitgehalte zwischen 7,3 und 5,3 Ma könnte seine Ursache haben in einem erhöhten Eintrag als Resultat einer verstärkten vulkanischen Tätigkeit auf den South Shetland Islands und einer verstärkten glazialen Erosion im nördlichen Graham Land. Ein Anstieg in den Illitkonzentrationen vor ca. 1,5-0,2 Ma wurde vermutlich durch Liefergebietsänderungen im Gebiet der südlichen Antarktischen Halbinsel hervorgerufen.

5. Die Tonmineralvergesellschaftungen zeigen an, dass eine intensive Vereisung der Antarktischen Halbinsel bereits vor mehr als 9 Ma begonnen hatte. Anzeichen für eine grössere Enteisung wurden im Zeitraum 9-0 Ma nicht entdeckt.

Die wichtigsten Ergebnisse wurden in zwei Publikationen zusammengefasst:

Hillenbrand, C.-D. und Ehrmann, W. (2001): Distribution of Clay Minerals in Drift Sediments on the Continental Rise West of the Antarctic Peninsula, ODP Leg 178, Sites 1095 and 1096. - In: Barker, P.F., Camerlenghi, A., Acton, G.D. & Ramsay, A.T.S. (Eds.): Proc. ODP, Sci. Results, 178: 1-29 (PDF-Format)

Hillenbrand, C.-D. & Ehrmann, W. (2005): Late Neogene to Quaternary environmental changes in the Antarctic Peninsula region: Evidence from drift sediments. - Global and Planetary Change, 45: 165-191.

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