Ozeanzirkulation und Klimadynamik

1. Foraminiferen-Geochemie

Im calcitischen Skelettmaterial mariner Organismen wird das Ca-Atom oftmals durch andere Kationen wie Magnesium, Cadmium, Barium, Strontium, Eisen, Kobalt, Zink oder Nickel ersetzt. In vielen Fällen erfolgt diese Substitution von Elementen in direkter Abhängigkeit von der Elementkonzentration des umgebenden Meerwassers, in dem die Organismen lebten. In anderen Fällen wird der Elementeinbau dagegen vom Organismus selbst gesteuert – unabhängig von der chemischen Signatur der umgebenden Wassermassen. Auch die isotopische Zusammensetzung bestimmter Elemente in den Schalen mariner Organismen erfolgt in direkter Abhängigkeit von der Meerwasser-Isotopie und erlaubt damit die Rekonstruktion von Wassermassen.

Eine wichtige Voraussetzung für die Rekonstruktion vergangener Ozeane anhand von chemischen Elementen in Biogenkarbonat bzw. deren Isotopie ist die Kenntnis darüber, nach welchen Gesetzmäßigkeiten die verschiedenen Elemente/Isotope eingebaut werden. Während insbesondere die stabilen Kohlenstoff- und Sauerstoffisotope seit Dekaden für paläozeanographische Rekonstruktionen zur Verfügung stehen, wurde erst seit wenigen Jahren das große Potential von Spurenelementen in Foraminiferencalcit für die Rekonstruktion der marinen Umwelt bekannt. 

Erhaltung geochemischer Proxies in Foraminiferen (PEAT)

Paläo-Ozeantemperaturen

Variationen im Wärmefluß zwischen dem oberflächennahen Ozean und der Atmosphäre spielen eine wichtige Rolle für globale klimatische Veränderungen. Die Veränderlichkeit der Temperaturen in den verschiedenen Stockwerken des Ozeans ist dagegen von grundlegender Bedeutung für die Dichte des Wassers, die Wassermassenstratifizierung und die thermohaline Zirkulation. Die Rekonstruktion der thermalen Struktur vergangener Ozeane ist damit ein zentrales Anliegen der Paläozeanographie. 

Die Mg/Ca-Paläothermometrie ist ein weitverbreitetes paläo-ozeanographisches Werkzeug, das in kombinierter Analyse mit stabilen Sauerstoffisotopen am gleichen Biogen-Calcit wichtige Aussagen zu Veränderungen in der Hydrographie zuläßt.

Mg/Ca-Paläothermometrie
Einfluss der Calcitlösung auf Mg/Ca
Frühdiagenetische Beeinflussung von Mg/Ca

Paläo-Salinitäten

Die kombinierte Messung von stabilen Sauerstoffisotopen und der Mg/Ca-Verhältnisse im Calcit von Foraminiferen erlaubt es, das Sauerstoffisotopensignal vergangener Wassermassen zu extrahieren, das in direkter Beziehung zur Salinität steht. Dieser semi-quantitative Ansatz erlaubt eine belastbare Abschätzung der Veränderlichkeit der Salinität für unterschiedliche Tiefenbereiche des Ozeans.

Indonesian Gateway
LOOP
2 million years of Indian Monsoon History

Ein neuer Ansatz zur Salinitätsrekonstruktion beinhaltet die Messung der Na/Ca-Verhältnisse in planktonischen Foraminiferen. Hierzu werden Proxy-Kalibrierstudien durchgeführt.

Na/Ca als Salinitäts-Proxy

Mittels Ba/Ca-Verhältnissen in planktonischen Foraminiferen lassen sich insbesondere nahe der Mündungsbereiche von Flußsystemen die Niederschlagsbegingungen im Hinterland rekonstruieren.


Hochauflösende Rekonstruktion der Zirkulation im östlichen Äquatorial-Atlantik

 

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