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Seismische Kartierungen der süd-pazifischen Sedimentstrukturen zur Identifikation von umweltbedingten Veränderungen während der Expedition SO 213 / 2

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Horn, M. and Uenzelmann-Neben, G. (2013): Seismische Kartierungen der süd-pazifischen Sedimentstrukturen zur Identifikation von umweltbedingten Veränderungen während der Expedition SO 213 / 2 , Sonne Statusseminar, Kiel, Germany, 13 February 2013 - 15 February 2013 .
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Die Thermohaline Zirkulation des Südpazifiks besteht hautsächlich aus dem Antarktischen Zirkumpolarstrom (ACC) und des nach Norden gerichteten Deep Western Boundary Current (DWBC). Tiefe Ausläufer der Thermohalinen Zirkulation beeinflussen viele Gebiete weit über die Strömungskerne hinaus. Signaturen dieser tiefen Ausläufer sind durch Ablagerungs- oder Erosionsstrukturen in den Sedimenten gespeichert. Daher kann auf vergangene wie auf aktuelle Strömungsbedingungen geschlossen werden. Diese können mit anderen Klimadaten korreliert werden. Im Pazifischen Becken sind dazu zwei Gebieten (siehe Abbildung 1) am östlichen und westlichen Rand ausgewählt worden. Beide liegen zwischen der Subtropischen Front (STF) und der Subantarktischen Front (SAF) des ACC und beide weisen bathymetrisch geführte vom ACC beeinflusste Bodenströmung auf. Abbildung 1: Das Untersuchungsgebiet des Südwestpazifischen Beckens mit beiden Messgebieten. Die Pfeile beschreiben die tiefen Ausläufer des Antarktischen Zirkumpolarstroms (ACC) und des Deep Western Boundary Current (DWBC) nach Reid [1997]. STF bezeichnet die Subtropische Front und SAF die Sub Antarktische Front des ACC. .Das erste Gebiet zielt auf die Kartierung der westlichen Flanke des East Pacific Rise (EPR) um 44.5°S zur Aufdeckung der Sedimentationsmuster und eventueller Bodenströmungsmuster. Der EPR bildet ein bathymetrisches Hindernis für die tiefen Ausläufer des ACC. Das zweite Gebiet soll Einblick in das komplexe Driftsystem am östlichen Ende des Bounty Troges und des Bounty Fans liefern. Hier liegt eine terrigene Sedimentquelle vor, durch die große Mengen an Sediment in die Tiefsee gelangen. Diese Sedimente stehen unter dem Einfluss der Ausläufer des DWBC, der entlang der Schelfkante Neuseelands fließt. Die Erkenntnisse beider Regionen können miteinander verglichen werden. Trotz unterschiedlicher Sedimentationsbedingungen werden beide Regionen von ähnlichen ozeanischen Bedingungen beeinflusst. Möglicherweise lassen sich Übereinstimmungen im Einsetzten von Strömungen finden. Nahe dem EPR zeigen die Daten eine Sedimentbedeckung zwischen 50 und 130 Metern Dicke, aufgeteilt in zwei Zonen (Siehe Abbildung 2). Abbildung 2: Sedimentbedeckung an der westlichen Flanke des EPR in ms TWT gegen das Alter der Kruste inklusive Referenzdaten des Modells von Webb and Jordan [2001] am Mittel Atlantischen Rücken (MAR) In Zone 1 ist die Sedimentbedeckung nahezu konstant um die 75 ms TWT (50 m bis 60 m) dick. Weiter nach Nordwest folgt eine schmale sedimentfreie Übergangszone. Nordwestlich davon liegt Zone 2. Diese weist eine doppelt so hohe Sedimentbedeckung von 155 ms TWT (120 m bis 130 m) auf. Die Bedeckung bleibt bis zu einem Alter von ca. 16.5 Ma annähernd konstant. Nordwestlich dieses Punktes nimmt die Mächtigkeit der Sedimentbedeckung ab. Die Sedimentverteilung in zwei unterschiedliche Zonen an Mittelozeanischen Rücken wurde bereits in den Sechziger Jahren beobachtet [Ewing and Ewing, 1967]. Allerdings wird bei diesem empirischen Model eine generelle Zunahme angenommen durch reine pelagische Sedimentation. Diese ist nicht aus den Daten ersichtlich. Ein erweitertes analytisches Model von Webb and Jordan [2001] lässt hingegen Gravitationsprozesse, Diffusion und in Lösung gehende Sedimente durch die Karbonat Kompensationstiefe (CCD) zu. Angewendet auf den Mittel Atlantischen Rücken zeigt es einen analogen Verlauf zu dem beobachteten Verlauf am EPR. Demenentsprechend können diese Prozesse auch am EPR eine Rolle spielen. Die CCD lag im mittleren Miozän flach genug, um die Sedimente auf der von untersuchten ältesten Kruste zu beeinflussen. Hinweise auf die Umlagerungen oder Gravitationsprozesse von Sedimenten sind für die EPR-Region jedoch nicht ersichtlich. Ein Sedimentkern der SO 213/2 Fahrt [Tiedemann et al., 2012] weist aber darauf hin, dass während der letzten 5 Ma ein viel geringerer Sedimenteintrag stattgefunden hat. Die gesamte Sedimentbedeckung bei dem Alter der unterliegenden Kruste lässt Werte von mindestens dem dreifachen Wert erwarten. Eine mögliche Erklärung können zwei Strukturen im Sediment liefern. In der Umgebung von zwei Basement Hochs lassen sich Erosionsstrukturen an den Flanken der Hochs erkennen. Dieser Effekt ist typisch für einzelne punktförmige Hindernisse (unter anderem beschrieben von Hernández-Molina et al. [2008]). Er entsteht um Basement Hochs, wenn eine Strömung um diese herumfließen muss. Die Präsenz dieser Strukturen und die geringe Sedimentationsrate lassen daher darauf schließen, dass die Abnahme in der Sedimentbedeckung nicht nur auf die CCD zurückzuführen ist. Bodenströmungen können ebenfalls die Deposition beeinflussen in dem sie Material abtransportieren. Das zweite Messgebiet am Bounty Trog und Bounty Fan zeigt nach ersten Begutachtungen eine deutlich höhere Sedimentbedeckung als in der Region am EPR. Durch den Sedimenteintrag der Südinsel Neuseelands in den Trog liegt eine terrigene Sedimentquelle vor. Diese speist den sogenannten Bounty Channel, ein Turbiditkanal, der das Sediment bis in die Tiefsee transportiert. Dabei trifft das transportierte Sediment auf Ausläufer des Deep Western Boundary Current (DWBC). Dieser kann das abgelagerte Sediment modifizieren und es entstehen charakteristische Strukturen. Die obersten 0.5 s TWT (ca. 400 m Sediment) weisen Sedimentwellen in Richtung des Bounty Fans auf. Eine weitere Struktur am äußersten Rande des Troges lässt auf eine ehemalige Strömung in diesem Bereich schließen. Weitere Untersuchungen werden zeigen, ob diese Ablagerungen durch den DWBC entstanden sind oder eine andere Quelle dafür in Frage kommt. Referenzen: Ewing, J., and M. Ewing (1967), Sediment Distribution on the Mid-Ocean Ridges with Respect to Spreading of the Sea Floor, Science, 156(3782), 1590-1592. Hernández-Molina, F. J., A. Maldonado, and D. A. V. Stow (2008), Chapter 18 Abyssal Plain Contourites, in Developments in Sedimentology, edited by M. Rebesco and A. Camerlenghi, pp. 345-378, Elsevier. Reid, J. L. (1997), On the total geostrophic circulation of the pacific ocean: flow patterns, tracers, and transports, Progress In Oceanography, 39(4), 263-352. Tiedemann, R., et al. (2012), Cruise Report SO213: SOPATRA, edited, p. 111. Webb, H. F., and T. H. Jordan (2001), Pelagic sedimentation on rough seafloor topography 1. Forward Model, J. Geophys. Res., 106(B12), 30433-30449.

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