Description: PP11B-1780: The Antarctic Circumpolar Current system (ACCs) is the most important current system in the Southern Ocean, characterized by strong zonal variations in specific surface water properties, variations used to classify regions whose edges are defined by fronts. The past changes in the strength and latitudinal position of the ACC frontal system are supposed to play a major role on the global oceanic circulation and thus the Earth’s climate through their impact on atmospheric CO2 contents by changes in water stratification conditions, Therefore the study of variability in the surface characteristics of the ACCs provides crucial information to understand and to reconstruct the global climate evolution. The dynamics of the upper-ocean vertical structure, primarily defined by vertical changes in salinity and temperature from the mixed layer down to the seasonal and permanent thermocline, can be tracked using the differences in stable oxygen isotopes (__18O) and Mg/Ca-based temperatures (_T) recorded in the test of planktic foraminifera. Only Mg/Ca thermometry coupled with _18O can guarantee a common source of signal, averaging the same environmental conditions (season and spatial habitat), where, the combined measurements of Mg/Ca and _18O allow to extract the _18O record of past upper ocean water, and accordingly salinity variations In this study we present paired measurements of Mg/Ca and stable oxygen isotopes of shallow-living and deeper-living planktic foraminifera preserved in core top and downcore samples from the South Pacific (36° to 45° S) retrieved during the SOPATRA cruise (South Pacific Paleoceanographic Transect) Chile-New Zealand. The total Mg/Ca values preserved in the foraminiferal calcite from 31 core top samples ranged from ~2 to 1.3 mmol/mol, allowing estimate SSTs between 16° and 12° C. Additionally, to evaluate the reliability of the Mg/Ca signal paleothermometry for long term reconstruction we determined the effect of calcite saturation state (_CO32-) into on foraminiferal Mg/Ca concentration in the different selected species. In order to track the upper water column dynamics and strength of the ACC during the last ~200 kyr, we will test our calibration on downcore records gravity cores SO213-59-2 and SO213-60-2 retrieved from the northern border of the Subantarctic Zone (SAZ) of the East Pacific Rise.

Description: The Intermediate Mode Waters formed in the Southern Ocean are critical for the lower thermocline ventilation process in the Southern Hemisphere Gyres. They also might have served as the most relevant pathways transporting climatic signals from high to low latitudes via the “oceanic tunneling” on glacial/interglacial time scales. Despite the importance of the Southern Ocean Intermediate Waters (SOIWs), our understanding on the long–term evolution, exact advection paths, and impact on the South Pacific Gyre’s thermocline is still fragmentary. Here, we present a 200 kyr record of paired Mg/Ca ratios and stable oxygen isotope from surface dweller and deep dwelling planktonic foraminifera, from the South Pacific Gyre (SPG). On average, the Mg/Ca–derived sea Surface Temperatures (Globigerina bulloides) show similar conditions during the LGM and Marine Isotope Stage (MIS) 6 (9.4 °C versus 9.9 °C). In contrast, our Mg/Ca–derived subsurface temperatures (Globorotalia inflata and Globorotalia truncatulinoides) suggest LGM from ~3 to ~2 °C colder than MIS 6. The reconstructed subsurface ice volume corrected stable oxygen isotope ratio of seawater (δ18Osw-ivc, proxy for local salinity changes) suggests opposing glacial subsurface conditions, i.e., slightly saltier–than–Holocene during MIS 6 to fresher–than–Holocene during MIS 2. Considering that subsurface hydrography at the core site is plausibly driven by the formation and/or advection of SOIWs from the South East Pacific, our results provide further support on the relevance of subsurface processes in the Southern Ocean transferring climatic signals (temperature and salinity) to the SPG. Furthermore, the contrasting subsurface glacial scenarios at the SPG’s thermocline imply that the advection of SOIWs during glacial stages could be highly variable during different glacial stages.

Description: Die Wassermassenzirkulation des Südozeans ist von enormer Bedeutung für den globalen Kohlenstoffzyklus im Hinblick auf die Dynamik des Klimas in Gegenwart und Vergangenheit, da hier alte, nährstoffreiche Wassermassen an die Oberfläche gelangen und neues Zwischen- und Tiefenwasser gebildet wird. Der Südozean ist die bedeutendste Schaltzentrale für den Austausch und die Verbreitung von Wassermassen in den Weltozeanen. Obwohl der pazifische Sektor den größten Teil des Südozeans darstellt, ist der Bereich zwischen Chile und Neuseeland bisher nur unzureichend untersucht. Um diesen weißen Fleck auf unseren paläozeanographischen Karten zu füllen, fand die Ausfahrt SO213 vom 27.12.2010 bis zum 06.03.2011 im Rahmen des BMBF finanzierten Projektes SOPATRA (South Pacific Paleoceanografic Transects) statt. Unterteilt wurde die Expedition in zwei Fahrtabschnitte (Abb. 1A) und führte von Valparaíso, Chile nach Wellington, Neuseeland. Insgesamt konzentrierten sich die Untersuchungen auf fünf Arbeitsgebiete: die Challenger Fracture Zone (CFZ), den Chile Rücken (ChiRi), den Ostpazifischen Rücken (EPR), das Südwestpazifische Becken (SWB) und den Neuseeländischen Kontinentalrand (NZM) südlich des Chatham Rise (Abb. 1B). Das wissenschaftliche Programm an Board setzte sich aus paläozeanographischen, geophysikalischen und vulkanologischen Untersuchungen zusammen. Zielsetzung der Vulkanologie war es, zu untersuchen, wie Hotspots mit Spreizungszonen interagieren und ob Hotspots durch Prozesse in den Kontinentalplatten oder durch aufsteigende Mantelplumes verursacht werden. Mit Hilfe der geophysikalischen Untersuchungen sollten potentielle Kernlokationen für das Integrated Ocean Drilling Program (IODP) identifiziert werden. Des Weiteren sollten die aufgezeichneten Seismikprofile Hintergrundinformationen für den IODP Antrag CESOP (Cenozoic Southern Ocean Pacific) liefern. Die meisten Ziele konnten wie geplant umgesetzt werden. Dies beinhaltete die Beprobung und Gewinnung von Sedimentoberflächen und –kernen, Vulkaniten und Seismikprofilen. Insgesammt wurden 14 Dredge-Profile, 10 Vulkanitstoßrohr Stationen, sieben CTD Stationen, 44 Stationen zur Entnahme von Sedimentproben durchgeführt sowie 1131 km Reflektionsseismik gefahren. Die Sedimentkerne der CFZ, des ChiRi, des EPR und SWB zeichnen sich durch sehr geringe Sedimentationsraten von weniger als 3cm/1000 Jahre aus. Dies ermöglicht Einblicke in die Klima- und Ozeanvariabilität des späten Neogens (letzte 5.5 Ma). Die paläozeanographischen Zielsetzungen auf die hier im spezielleren eingegangen werden soll, umfassten die Rekonstruktion der Lage und Ausdehnung ozeanischer Frontsysteme (Subantarktische-, Subtropische Front & Südpazifische Gyre), des Humboldtstromes sowie der Westwindzone mit ihrer Auswirkung auf die Entstehungsgebiete des Antarktischen Zwischenwassers (Abb. 2). An Sedimentkernen im Gebiet des „Chile Rückens“, des „Ostpazifischen Rückens“ sowie im „Bounty Trog“ wird das Mg/Ca-Verhältnis an planktischen Foraminiferen gemessen (GEOMAR). Die Messung dieses Temperaturproxies an tief und flach lebenden, planktischen Foraminiferen lässt Rückschlüsse auf die Veränderung des vertikalen Temperaturgradienten in der ozeanischen Deckschicht zu. Durch den Vergleich von planktischen Mg/Ca-Kurven aus unterschiedlichen Regionen, lassen sich auch geographische Veränderungen von ozeanischen Fronten und daran gekoppelte Änderungen in der Thermoklinentiefe nachvollziehen. Während SO213/1 konnten im Gebiet des „Chile Rückens“ Sedimentkerne gezogen werden, die bis in das Pliozän reichen. An diesen Kernen wurde begonnen, die langzeitliche Veränderung der Fronten und Thermoklinen zu rekonstruieren und in Zusammenhang mit klimatischen und tektonischen Ereignissen zu deuten (s. Poster D. Poggemann et al.). Ein weiterer Schwerpunkt der Sedimentbeprobung konzentriert sich auf zeitliche Veränderungen der Ventilation des Zwischen- und Tiefenwassers im Südpazifik (AWI). Zur Bestimmung der Ventilationsalter unterschiedlicher Wassermassen wenden wir die Radiokarbon-Methode (δ14C), sowie die Analyse stabiler Isotope (δ13C) an planktischen und benthischen Foraminiferen an. Dazu steht uns ein einzigartiger Sedimentkerntransekt zur Verfügung, der größtenteils während der Ausfahrt SO213/2 gewonnen wurde und durch weitere Kerne der Ausfahrt ANT26/2 ergänzt wird. Die Besonderheit dieses Transektes durch den „Bounty Trog“ vor Neuseeland ist, dass alle Wassermassen zwischen 500 und 5000 m Wassertiefe durch die hochauflösenden Sedimentkerne erfasst werden (Abb. 3). Die Rekonstruktion der Wassermassenventilation während unterschiedlicher klimatischer Intervalle soll Rückschlüsse auf die Zirkulationsmuster und den Durchlüftungsgrad der Wassermassen ermöglichen. Diese Faktoren helfen die Rolle des Südozeans für den atmosphärisch-ozeanischen CO2-Austausch für den Zeitraum der letzten Deglaziation zu entschlüsseln.