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Cold-Water Corals as Archives for Ocean Dynamics, Environmental Conditions and Glacial Reef Accumulation

Hemsing, Freya

German Title: Kaltwasserkorallen als Archiv für Ozeandynamik, marine Umweltbedingungen und glaziale Riffakkumulation

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Abstract

Paleoceanographic reconstructions are fundamental for our understanding of past climate variabilities and have mainly focused on changes of circulation and environmental conditions in the surface or deep ocean. The thermocline (100 – 1000 m), acting as a link and buffer between the well-mixed warm surface and the slow and cold deep water, has been largely overlooked. In this study two cold-water coral (CWC) bearing cores from two depths in the thermocline of the southern Gulf of C´adiz (sGoC) were analysed in a mutli-proxy approach. U-series dated glacial CWCs were analysed for recorded Li/Mg temperatures, water mass 14C reservoir ages and radiogenic Nd isotope signatures (epsilonNd). For the first time, a CWC epsilonNd record was extended by two independent co-located hemipelagic sediment records. A seesaw pattern for the glacial sGoC intermediate waters alternating between predominant Eastern North Atlantic Central Water (ENACW) and Eastern Antarctic Intermediate Water (EAAIW) is proposed. Glacial ENACW and EAAIW both exhibited polar temperatures (~0°C) and more radiogenic epsilonNd signatures (~-9) than nowadays and were distinguishable by their reservoir ages, with better ventilated glacial ENACW than EAAIW. A compilation of existing CWC mound aggregation records allowed for a first estimate of initial CWC settlement in the ocean around 3.4Ma ago, coinciding with the mid-Pliocene warm period and the onset of Northern Hemisphere glaciation. Additionally, Ba isotopes (delta138/134Ba) recently introduced for seawater, was calibrated for the use in CWCs. This lays the foundation for the missing nutrient or surface biological productivity proxy in fossil CWCs.

Translation of abstract (German)

Paläoozeanographische Studien sind für unser Verständins der Klimavariabilität in der Vergangenheit von zentraler Bedeutung. Ihr Fokus lag bisher hauptsächlich auf Veränderungen von Zirkulationsmustern und Umweltbedingen im Oberflächen- und Tiefenwasser des Ozeans. Die Thermokline (100 – 1000 m), die die warme gut durchmischte Oberfläche mit dem kalten und langsam strömendem Tiefenwasser verbindet und gleichzeitig als Puffer agiert, wurde weitestgehend ignoriert. In dieser Studie wurden zwei Sedimentkerne mit Kaltwasserkorallen (CWC) aus zwei Tiefen in der Thermokline im südlichen Golf von Cádiz (sGoC) mithilfe eines Multi-Proxy Ansatzes analysiert. Für die U-Reihen datierten CWCs wurden Li/Mg-Temperaturen, Wassermassen-Reservoiralter und die radiogene Isotopenzusammensetzung von Nd (epsilonNd) rekonstruiert. Zusätzlich wurde zum ersten Mal ein epsilonNd Datensatz aus CWCs mit zwei benachbarten hemi-pelagischen Sedimentkernen ergänzt und verglichen. Die erhaltenden Ergebnisse legen einen “Seesaw”-Mechanismus nahe, in dem die glazialen Zwischenwasser im sGoC abwechselnd von östlichen Nordatlantischem Zentralwasser (ENACW) und östlichen Antarktischem Zwischenwasser (EAAIW) dominiert wurden. Das glaziale ENACW und EAAIW waren durch polare Temperaturen (~0°C) und radiogenere epsilonNd-Werte (~-9) als heutzutage charakterisiert und konnten anhand ihres 14C-Reservoiralters unterschieden werden, wobei ENACW besser ‘belüftet’ war als EAAIW. Durch die Zusammenstellung existierender Studien über Korallenhügelaggregation konnte der Zeitraum der erstmaligen Korallenansiedlung auf 3.4 Ma vor heute geschätzt werden, was mit der Erwärmung im mittleren Pliozän und dem Anfang der Vereisung in der Nordhemisphäre zusammenfällt. Außerdem wurde das kürzlich in Meerwasser eingeführte Ba-Isotopenverhältnis (delta138/134Ba) für die Verwendung in CWCs kalibriert. Dies legt den Grundstein für einen bis heute fehlenden N¨ahrstoff- oder Oberflächenproduktivitätsproxy, der in fossilen CWCs benutzt werden kann.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Frank, Prof. Dr. Norbert
Date of thesis defense: 12 December 2017
Date Deposited: 04 Jan 2018 08:46
Date: 2017
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Environmental Physics
Subjects: 500 Natural sciences and mathematics
530 Physics
550 Earth sciences
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