Einfluss des Mittelmeerausstroms auf den Nordatlantik im Pliozän

Die Öffnung und Schließung von Meeresstraßen beeinflusst das globale Klima auf entscheidende Weise: mit der Paläogeographie werden Oberflächen- und Tiefenströmungen verändert und damit auch der globale Wärmetransport. Eines der bekanntesten Beispiele für die klimatische Bedeutung ozeanischer Strömungen ist der Golfstrom, der für relativ warme Bedingungen im Norden Europas sorgt. Eine andere wichtige Komponente des nordatlantischen Strömungsmusters ist das warme, salzreiche Wasser des Mittelmeerausstroms (WMA), das über die Straße von Gibraltar in den Nordatlantik gelangt. Über seine frühe Geschichte, die eng mit der Öffnung der Straße von Gibraltar im Späten Miozän - Frühen Pliozän (ca. 5.2 Mio. J.) verknüpft ist, haben wir nur wenige Informationen und sein Einfluss auf Ozeanographie und Kli-ma seit dem Pliozän ist weitgehend unerforscht. Das hier vorgestellte Projekt ist ein Beitrag zu Expedition 339 des Integrated Ocean Drilling Program (IODP), die die Bedeutung dieses Wasserkörpers für die Umwelt des Plio- und Pleistozäns sowie seine Rolle im globalen Klima als Teil der nordatlantischen Zirkulation zum Thema hat. Neues Probenmaterial wurde im Laufe der Expedition von mehreren Bohrstellen im Golf von Cadz und im Westen der Iberischen Halbinsel zwischen November 2011 und Jänner 2012 entnommen. Das hier vorgestellte Projekt konzentriert sich auf die Geschichte des WMA während des Pliozäns, seinen Einfluss auf die regionale Paläozeanographie und seinen möglichen Beitrag zum Übergang vom Klimaopti-mum des Frühen - Mittleren Pliozäns in das kühlere Klima des Späten Pliozäns. Basierend auf einem inte-grierten Datensatz aus Mikropaläontologie und Geochemie sollen Variationen im WMA auf verschiedenen Zeitskalen (500-10.000 Jahre) erfasst werden. Die quantitative Bearbeitung der Vergesellschaftungen benthi-scher Foraminiferen dient der Rekonstruktion von Geschwindigkeit und Intensität des WMA. d 18O- und Mg/Ca-Gehalt planktischer und benthischer Foraminiferenschalen reflektieren Veränderungen in Wassertemperatur und Salinität. d 13C, TOC, S und CaCO3 dokumentieren Produktivität und Durchmischung des Tiefenwassers. Die Daten werden benutzt, um zwei große Themen anzusprechen: (1) Paläozeanographische Veränderungen durch die Öffnung der Straße von Gibraltar und den Beginn des WMA (Spätes Miozän - Frühes Pliozän). Während die Öffnung der Straße von Gibraltar auf 5.23 Mio. J. datiert werden kann, ist die frühe Geschichte des WMA schlecht bekannt. Die neuen Daten werden den Einfluss dieser "neuen" Wassermasse auf die Umwelt des frühen Pliozäns abzuschätzen helfen. (2) Variabilität der Intensität des WMA und sein möglicher Beitrag zum Mittelpliozänen Klimaoptimum (MPKO) und zur Klimaverschlechterung im Späten Pliozän. Die Welt des Frühen - Mittleren Pliozäns mit warmem Klima und erhöhten CO 2 -Werten wird oft als ein Modell für zukünftigen Klimawandel angeführt. Die dahinter steckenden Mechanismen sind jedoch umstritten. Ein Schwerpunkt des Projekts liegt daher auf der Variabilität des WMA, deren Einfluss auf nordatlantische Strömungsmuster und dem möglichen Beitrag zum MPKO und der Klimaverschlechterung im Späten Pliozän. Durch die Integration in IODP Expedition 339 und die enge Zusammenarbeit mit angesehenen Wissenschaftlern können die Resultate des Projekts die Rolle des WMA für die nordatlantische Strömung seit dem Pliozän zum ersten Mal dokumentieren. Darüber hinaus wird das Projekt unser Verständnis für das Zusammenspiel zwischen Ozeanströmungen und Klima verbessern und eine wertvolle Informationsquelle für die Modellierung zukünftigen Klimawandels darstellen.

Die Straße von Gibraltar ermöglicht seit ihrer Entstehung vor 5.3 Millionen Jahren den kontinuierlichen Austausch von Wassermassen zwischen Mittelmeer und Atlantischem Ozean. Der Ausfluss warmen und salzreichen Mittelmeerwassers in den Atlantik wirkt dabei (neben z.B. dem Golfstrom) als Motor für den Transport von Wärme in hohe nördliche Breiten. Die Rekonstruktion vergangener Variabilität in der Stärke des Mittelmeerausstroms stellt daher einen wichtigen Schlüssel zum Verständnis des Klimahaushalts der nördlichen Hemisphäre dar. Im Rahmen des FWF-Projekts P 25831-N29 wurde die wenig bekannte Frühgeschichte dieses Strömungssystems und sein Verhalten in verschiedenen Klimastadien des Pliozäns (ca. 2.6 bis 5.3 Millionen Jahre vor heute) untersucht. Dazu wurden Sedimentkerne des International Ocean Drilling Programs (Expedition 339) ausgewertet, die entlang des Südrands der Iberischen Halbinsel, westlich der Straße von Gibraltar, in Wassertiefen von 500 bis 700 Metern erbohrt wurden.Die Ergebnisse dieser Forschungsarbeit zeigen, dass bereits kurz nach der Öffnung der Straße von Gibraltar vor 5.3 Mio. Jahren Mittelmeerwasser periodisch in das Untersuchungsgebiet vordrang. Kontinuierlicher Mittelmeerausstrom kann erst ab 44.5 Mio. Jahren nachgewiesen werden. Das Paläoklima war zu dieser Zeit deutlich wärmer als heute und der Wassermassenaustausch in dieser Frühphase des Mittelmeerausstroms war nur schwach ausgeprägt. Die zunehmende Vereisung der Arktis leitete schließlich den langfristigen Übergang in ein kühleres, von ausgeprägten Warm- und Eiszeiten gekennzeichnetes Klimastadium ein. Unsere Forschungsarbeiten legen nahe, dass mit der Abkühlung des Klimas und zunehmender Trockenheit im Mittelmeerraum vor 3.2 Mio. Jahren eine nachhaltige Verstärkung des Mittelmeerausstroms verbunden war. Phasen besonders intensiven Wassermassenaustauschs konnten für die periodisch auftretenden Eiszeiten zwischen 2.8 und 2.6 Mio. Jahren festgestellt werden, in denen der Mittelmeerausstrom eine Schlüsselrolle für den Wärmetransport im Nordatlantik spielte.Die gewonnenen Erkenntnisse über den Mittelmeerausstrom geben nicht nur erste Einblicke in dessen bisher kaum erforschte Frühgeschichte; sie bieten auch wichtige Anhaltspunkte zu seiner Rolle im dynamischen Wechselspiel zwischen ozeanischen Strömungsmustern und Klimaveränderungen. Außerdem hat unsere Forschungsarbeit zur Verbesserung herkömmlicher und Entwicklung neuer Methoden zur Rekonstruktion von Wassertemperaturen und der Stärke ozeanischer Strömungen geführt. Der erfolgreiche Abschluss dieses Projekts bietet daher verschiedenste Anknüpfungspunkte für weiterführende (paläo)klimatische und paläoozeanographische Studien.