Holocene variability in sea ice, primary productivity and terrigenous input in Baffin Bay-Labrador Sea: A biomarker approach

Abstract

Die Arktis reagiert aufgrund positiver Rückkopplungsmechanismen der sogenannten „Polar Verstärkung“ sehr empfindlich auf natürliche und anthropogene Klimastörungen. Meereis ist ein sehr wichtiger Bestandteil des arktischen Klimasystems. Seit Ende der 70er Jahre hat sich die Ausdehnung des arktischen Meereises um mehr als ein Drittel (> 40%) verringert. Dies ist weitaus mehr als Klimamodelle prognostiziert haben. Dieser rasche Rückgang hat sowohl die anthropogene Treibhausgasemissionen als möglichen Verursacher als auch die natürliche Variabilität des Meereises im Verhältnis zu seinen kurz- und langfristigen Veränderungen in den Focus der Forschung gesetzt. Paläoumweltuntersuchungen sind für die Entwicklung und Korrektur von Klimamodellen von wesentlicher Bedeutung. Durch den Schmelzwassereintrag durch den Westgrönländischen Eisschild trägt der Abfluss arktischen Wassers durch die Baffin Bay über die Labradorsee wesentlich zum Süßwasserhaushalt im Nordatlantik bei. Marine Sedimente aus diesem Gebiet können daher Erkenntnisse über Meereis und die Dynamik der Eisdecke in diesem hochklimasensiblen Gebiet liefern. Bisher sind die Veränderungen von Meereisesausdehnung und die langfristigen Veränderungen der Wassermassen, insbesondere des Westgrönlandstroms, sowie die Auswirkungen des Schmelzwassereintrages durch den Grönländischen Eisschild, die seit der Enteisung aufgetreten sind, kaum dokumentiert. Darüber hinaus ist es von besonderem Interesse zu untersuchen, wie sich klimatische und ozeanografische Veränderungen auf das Meereis, die Primärproduktion und den terrigenen Eintrag in der östlichen Baffin Bay und am Rande der Labradorsee ausgewirkt haben. Um diese Ziele zu erreichen, wurden Biomarker (Meereis-Proxy (IP25), Phytoplankton-Biomarker ( Brassicasterol und Dinosterol) sowie terrigene Biomarker (Campesterol und ß-Sitosterol) sowie organische geochemische Bulk-Parameter (TOC, TOC / N, δ13Corg) analysiert. Das erste Manuskript bietet Einblicke in die holozäne Variabilität des Meereises und der Primärproduktion eines 14C-datierten Sedimentkerns aus nordöstlichen Baffin Bay (Core GeoB19927-3). In der zweiten Studie haben wir die Variabilität des Meereises und der Primärproduktion im Holozän anhand eines Nord-Süd-Transekts entlang der östlichen Baffin Bay (Core GeoB19948-3, Core GeoB19927-3) und Labradorsee (GeoB19905-1) beschrieben und verglichen. Eine dritte Studie befasst sich mit der Veränderung des organischen Kohlenstoffeintrags entlang dieses Nord-Süd -Transekts während der letzten11,5 ka BP.

Im frühen Holozän (vor 9,4 ka BP) waren die Bedingungen in Baffin Bay durch eine ausgedehnte Frühjahr-Eisbedeckung, eine geringe Primärproduktivität und eine geringe Ablagerung von terrigenem organischen Kohlenstoff gekennzeichnet, dies deutet auf kalte deglaziale Bedingungen hin. Darauf folgt ein Zeitraum (~ 9,4-8,8 ka BP) mit variablen bis marginalen Meereisbedeckung, einer erhöhten Primärproduktivität und hohem terrigenen Eintrag. Zwischen 8,8 und 7,6 ka BP war die Meereisbedeckung größer und Produktivität geringer. Dies steht wahrscheinlich im Zusammenhang mit der Öffnung der Nares-Straße und dem dadurch vermehrten Zufluss von arktischem Wasser und/oder einer verringerten Stärke des Westgrönlandstroms. Obwohl die Akkumulationsraten der terrigenen organischen Substanz einen abnehmender Trend zeigen, bleiben sie im Vergleich zum mittleren Holozän hoch. Während des frühen Holozäns vor 9,1 ka BP herrschten in der nordöstlichen Labradorsee überwiegend eisfreie Bedingungen (im Frühjahr / Herbst) vor. Sehr niedrige Akkumulationsraten von marinen und terrigenen Biomarkern weisen auf kalte Bedingungen durch die eisnahe Umgebung hin. Danach sind die Bedingungen in der nordöstlichen Labradorsee zwischen etwa 9,1 und 7,6 ka BP durch eine hohe biologische Produktion und eisfreie Bedingungen im Frühjahr und Herbst gekennzeichnet, die den Bedingungen des Holozäne Thermal Optimum (HTM) entsprechen. Dies spiegelt sich in relativ hohen Akkumulationsraten terrigener Biomarker in diesem Intervall wider, die möglicherweise mit verstärktem Schmelzen im Sommer und der Stärke des Westgrönlandstroms im Labradorseegebiet zusammenhängen. Letzteres begünstigt möglicherweise den Transport von terrigenem Material über weite Strecke bis hin ins Untersuchnungsgebiet. Ein Übergang von wiederkehrenden Eiskante (Polynya-Typ) und signifikant reduzierter Meereisbedeckung und Primärproduktion ist in der Baffin Bay im mittleren Holozän (~ 7,6-3 ka BP) erkennbar. Der terrigene organische Kohlenstofffluss nahm in diesem Intervall ebenfalls signifikant ab. Insgesamt können die Oberflächenbedingungen als HTM-ähnliche Bedingungen charakterisiert werden. Diese HTM-ähnlichen Bedingungen sind insbesondere im nordöstlichen Labradorsee-Kern zwischen 5,9 und 3 ka BP erkennbar, wie die eisfreien Bedingungen im Frühjahr und Herbst und die hohe biologische Produktivität zeigen. Mit dem Rückzug des Grönländischer Eisschildes und den lokalen Gletschern in diesem Zeitraum weisen die terrigene Biomarker auf eine Abnahme des terrigenen Sedimenteintrages hin.

Im späten Holozän (letzte ~ 3 ka BP) sind die Bedingungen in der östlichen Baffin Bay durch eine allgemeine Abnahme des Meereises und der primären Produktivitätsbedingungen in Kombination mit einem verringerten terrigenen Eintrag von organischem Kohlenstoff dargestellt. Unser Meereis-Proxy PIP25 zeigt keine Korrelation mit dem an anderer Stelle auf der Nordhalbkugel beobachteten neoglazialen Abkühlungstrend, möglicherweise aufgrund des anhaltenden Einflusses des Westgrönlandstroms und der Wechselwirkungen mit den benachbarten Fjorden. Die letzten 3 ka (spätes Holozän) im Kern GeoB19905-1 aus der nordöstlichen Labradorsee sind jedoch durch eine erhöhte Akkumulation terrigener Biomarker gekennzeichnet. Die Akkumulationsraten der Biomarkern für die Primärproduktion zeigen ebenfalls einen starken Anstieg während der letzten etwa 2 ka. Dies kann durch eine höhere Erhaltung organischer Substanz erklärt werden, die durch ebenfalls erhöhte Akkumulation schlecht sortierter Sedimente begünstigt wird. Diagenetische Veränderungen und verstärktes Algenwachstum durch freigesetzte Nährstoffe (z.B. Eisen, Silizium) aus dem Schmelzwasser, die mit dem neoglazialen Nachwachsen lokaler Gletscher verbunden sind, kann jedoch im obersten Abschnitt des Kernes (letzten 1,4 ka BP) nicht ausgeschlossen werden. Die Ergebnisse dieser Studie liefern weitere Einblicke in das Verständnis des Einflusses von Schmelzwasserabflüssen und der Änderungen der Meeresströmung auf das Meereis, die marinen Produktivität und den terrigenen Eintrag in diesem hochempfindlichen Gebiet.