Zusammenfassung des von der DFG geförderten Projekts:

Anhand zeitlich hochauflösender Probensätze der Sites 1143 und 1145 soll der Chemismus pliozäner Sedimente des Südchinesischen Meeres untersucht werden. Unter Zuhilfenahme einer Kombination geeigneter geochemischer Indikatoren (u.a. Si/Al-, Ti/Al-, Mg/Al-, K/Al- und Zr/Al-Verhältnisse sowie TOC-, Ba-, CaCO3- und Mn-Gehalte) sollen die aufgrund von Schwankungen der Monsunintensität auftretenden Variationen der Paläoumweltbedingungen studiert werden. Diese sollten sich durch Änderungen der Eintragsmengen von Material der verschiedenen Flüsse (Mekong, Roter Fluß, Perlfluß, Yangzi/Ostchinesisches Meer), Variationen des äolischen Eintrags sowie Änderungen der Bioproduktion und Sauerstoff-Minimumzone äußern.
Desweiteren soll mit den erhobenen Daten
a) ein Abgleich mit den zeitlichen Variationen der astronomischen Parameter (Präzession, Schiefe der Ekliptik) erfolgen.
b) ein Vergleich mit den im östlichen Mittelmeer auftretenden, auf den ostafrikanischen Monsun zurückzuführenden Sedimentzyklen sowie den Variationen des Indischen Monsuns vorgenommen werden.
c) untersucht werden, inwiefern sich die im Zeitabschnitt zwischen 3.1 und 2.3 Ma v.h. einsetzende Nordhemisphärenvereisung auf die Variationen des ostasiatischen Monsuns auswirken.

Erste Ergebnisse:

Haupt- und Spurenelementsignaturen von pliozänen Sedimenten des Südchinesischen Meeres (Leg 184): Erste Ergebnisse von den Sites 1143 und 1145

Rolf Wehausen*, Hans-Jürgen Brumsack* und ODP Leg 184 Fahrtteilnehmer/innen

*Institut f. Chemie und Biologie des Meeres (ICBM), Carl-von-Ossietzky-Universität, 26111 Oldenburg

Pliozäne, vor etwa 3,1 bis 2,3 Millionen Jahren abgelagerte Sedimente der Sites 1143 (2770 m Wassertiefe) im Süden des Südchinesischen Meeres und 1145 (3175 m Wassertiefe) am südchinesischen Kontinentalhang wurden in einer Auflösung von ca. 2 ka beprobt und anorganisch-geochemischen Analysen unterzogen.
Es handelt sich bei den untersuchten Sedimenten um Tone oder kalkige nannofossilreiche Tone mit Carbonatgehalten zwischen 5 und 30 % sowie geringen organischen Kohlenstoffgehalten von 0,2 bis 0,3 %, die auf durchgehend oxische Ablager-ungsbedingungen schließen lassen. Bei einem Vergleich der Mittelwerte werden Unterschiede zwischen den beiden Lokationen deutlich. Die Gehalte an Carbonat sowie carbonatfrei gerechnetem SiO₂, TiO₂, P₂O₅, Mn und Zr sind an Site 1145 im Norden des Südchinesischen Meeres höher. Im Gegensatz dazu liegen am südlich gelegenen Site 1143 höhere Gehalte an Al₂O₃, K₂O, S, Ba und Rb vor. Die höheren Si, Ti und Zr Gehalte an Lokation 1145 lassen vermuten, dass der äolische Eintrag vom chinesischen Hinterland dort ausgeprägter ist. Diese drei Elemente sind typischerweise in äolischen Ablagerungen wie Loess angereichert (Schnetger, 1992). Für den Süden des Südchinesischen Meeres sind keine signifikanten Quellen äolischer Einträge detritischen Materials zu erwarten. Die dort angrenzenden Landmassen liegen im tropisch-äquatorialen Bereich, der heute fast vollständig von Regenwald bedeckt ist. Fluviatile Einträge vom Mekong oder kleinerer Flüsse von Kalimantan oder Palawan dürften für einen Großteil der Sedimentakkumulation verantwortlich sein.
Obwohl die ersten Ergebnisse zeigen, dass die Sedimente beider Lokationen nur relativ geringe Schwankungen in der Zusammensetzung des terrigen-detritischen Materials aufweisen, konnte aufgrund der hohen Reproduzierbarkeit der von uns verwendeten röntgenfluoreszenzanalytischen Methode eine vermutlich auf Erdbahn-parameter zurückgehende Zyklizität nachgewiesen werden. So deuten unter anderem die Ti/Al-, K/Al-, Rb/Al-Verhältnisse bzw. der carbonatfrei gerechnete Al₂O₃-Gehalt auf zyklische Änderungen der Quellen und relativen Eintragsmengen terrigen-detritischen Materials an beiden Sites hin. Eine Betrachtung der Frequenz der beobachteten Zyklen unter Hinzuziehung der an Bord ermittelten Ablager-ungsraten zeigt, dass es sich um 19 bzw. 23 ka-Zyklen zu handeln scheint.
Noch deutlicheren zyklischen Schwankungen unterliegen die an die biologische Produktion bzw. den Fluss von organischem Material gebundenen Parameter wie Carbonat, Phosphor und Barium. An Site 1143 weisen diese drei Komponenten eine sehr große Ähnlichkeit in ihrem Verhalten auf, an Site 1145 zeigt Ba ein vom Carbonat- und Phosphorgehalt abweichendes Verhalten.
Die sich zyklisch verhaltenden Parameter lassen sich zu den insolationsgesteuerten Variationen von Sommer- und Wintermonsun (z.B., Morley & Heusser, 1997; Wang et al., 1999) in Beziehung setzen. An der nördlichen Lokation 1145 können Maxima des Ti/Al-Verhältnisses als Anzeiger für einen intensivierten Wintermonsun (Eintrag von Loess, siehe oben) gewertet werden. Mit dem verstärkten Wintermonsun scheint auch die Produktivität anzusteigen, was sich in zeitgleichen Ba/Al-Maxima ausdrückt. Ein eher entgegengesetztes Verhalten zeigen die K/Al- und Rb/Al-Verhältnisse. Diese beiden Elemente sind als ÑPaläoproxiesì fluviatilen Eintrags und damit eines intensivierten Sommermonsuns mit erhöhten Niederschlagsmengen in Südchina anzusehen.
Überprägt wird der astronomische Steuerungsmechanismus der Sedimentation durch regionale wie auch globale Klima- und Umweltänderungen. Dies spiegelt sich in der Geochemie beider Sites wider. Eine Zunahme der carbonatfrei gerechneten K₂O- und Al₂O₃-Gehalte im Zeitabschnitt von etwa 3,0 bis 2,7 Ma an Site 1145 deutet auf die Zunahme fluviatilen Materials, möglicherweise im Zuge der Intensivierung des Sommermonsuns hin. An Site 1143 findet eine sprunghafte Abnahme der Frequenz der Ablagerungszyklen statt, die als Zunahme der Sedimentationsrate gedeutet werden kann. Gleichzeitig nimmt die Höhe der Schwankungen in der Zusammensetzung des terrigen-detritischen Materials zu. Dieser Übergang liegt laut stratigraphischer Untersuchungen an Bord vor etwa 2,5 Ma statt. Zu dieser Zeit kam es zu einer starken Intensivierung des Wintermonsuns, die sich beispielsweise auch in dem Einsetzen der Lößablagerung in Zentralchina ausdrückt (Lu et al., 1999).

Literatur

Lu H., Liu X., Zhang F., An Z., & Dodson J. (1999) Astronomical calibration of loess-paleosol deposits at Louchan, central Chinese Loess Plateau. Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Palaeoecol. 154, 237-246.

Morley J.J. & Heusser L.E. (1997) Role of orbital forcing in east Asian monsoon climates during the last 350 kyr: Evidence from terrestrial and marine climate proxies from core RC 14-99. Paleoceanogr. 12 (3), 483-493.

Schnetger B. (1992) Chemical composition of loess from a local and worldwide view. N. Jb. Miner. Mh. Jg. 1992 (H. 1), 29-47.

Wang L., Sarnthein M., Erlenkeuser H., Grimalt J., Grootes P., Heilig S., Ivanova E., Kienast M., Pelejero C., & Pflaumann U. (1999) East Asian monsoon climate during the Late Pleistocene: high-resolution sediment records from the South China Sea. Mar. Geol. 156, 245-284.