Dissertation (Metadaten)
Titel:Stable oxygen isotopes and Sr/Ca-ratios in modern Diploria strigosa corals from different sites in the Caribbean Sea : evaluation of a new climate archive for the tropical Atlantic
 
Autor:Steffen Hetzinger
 
URN:NBN:urn:nbn:de:gbv:8-diss-20961
 
Fakultät:Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
DDC Sachgebiet:550 Geowissenschaften
 
Datum der mdl. Prüfung:08.06.2007
 
Referent(in):Prof. Dr. Christian Dullo
Korreferent(en) Korreferentin:Prof. Dr. Bernd Schöne
 
Beschreibung (original):keine engl.-spr. Zusammenfassung vh.
 
(übersetzt):Instrumentell aufgezeichnete Klimadaten sind in der Länge begrenzt und vor der Mitte des 20. Jahrhunderts in ihrer räumlichen Verfügbarkeit stark eingeschränkt. Diese Daten sind zu kurz um dekadische und längerskalige Klimavariabilität sowohl verlässlich bestimmen und interpretieren zu können, als auch die zugrundeliegenden Mechanismen mit hinlänglicher Genauigkeit zu verstehen. Eine angemessene Kenntnis vergangener Klimavariabilität ist von eminenter Wichtigkeit um den anthropogenen Einfluss auf Klima und Ökosysteme verlässlich zu beurteilen, sowie maßgebend um langfristige Klimavorhersagen treffen zu können. Aus diesem Grund können hochaufgelöste Aufzeichnungen vergangener Klimavariabilität, welche sich bis ins vorindustrielle Zeitalter erstrecken, sehr hilfreich sein um langfristige Klimaänderungen und Trends besser zu verstehen. Indirekte Informationen über in der Vergangenheit vorherrschende Umwelt- und Klimabedingungen können von Klima-sensitiven Proxies abgeleitet werden. Große Kolonien tropischer Korallen massiver Wuchsform sind dafür bekannt Veränderungen im sie umgebenden Meerwasser mit hoher Genauigkeit aufzuzeichnen. Das schnelle Wachstum des Korallenskeletts, welches im Bereich von einigen Millimetern bis zu wenigen Zentimetern pro Jahr liegt, erlaubt die Entwicklung von sogenannten Proxy-Zeitserien die saisonale und höhere zeitliche Auflösung aufweisen. Im aragonitischen Korallenskelett eingebaute stabile Sauerstoffisotopen und Spurenelemente können ein detailliertes Bild über die Abfolge vergangener Änderungen in den Umweltbedingungen (z.B. der Temperatur an der Wasseroberfläche, SST) liefern. Die Anzahl der auf Korallen aus dem tropischen Atlantik basierenden Rekonstruktionen vergangener Klimabedingungen ist gering im Vergleich zu den zahlreichen Studien die auf Korallen aus dem Indischen und Pazifischen Ozean gründen. Bislang wurde die Herstellung von hochaufgelösten Langzeit-Proxyzeitserien vor allem durch Schwierigkeiten in der Beprobung und Analyse der im tropischen Atlantik vorrangig verwendeten Korallengattungen Montastrea und Siderastrea erschwert. Das Ziel dieser Studie ist die Evaluierung von schnellwachsenden Korallen massiver Wuchsform der Art Diploria strigosa als neues marines Archiv für Klimarekonstruktionen aus dem tropischen Atlantik. Zu diesem Zweck wurden neue Korallen-Zeitreihen von zwei Lokationen in der östlichen Karibik (Guadeloupe, Kleine Antillen; und Archipel Los Roques, Venezuela) entwickelt und untersucht. Im Arbeitsgebiet Guadeloupe wurde eine das letzte Jahrhundert umspannende Multi-Proxy Korallen-Zeitserie hergestellt, die monatliche Auflösung bietet. Die Ergebnisse der Studie repräsentieren die ersten Kalibrationsgleichungen zwischen Sauerstoffisotopen, Spurenelementen (Sr/Ca) und der Wassertemperatur (SST) für die aus dem Atlantik stammende Korallenart Diploria strigosa. Die berechneten Kalibrationen sind robust und stimmen gut mit den bekannten Werten anderer Korallenarten aus verschiedenen Regionen weltweit überein. Beide verwendeten Proxies spiegeln die lokale Variabilität der Oberflächen-Wassertemperatur mit hoher zeitlicher Auflösung wider, was wiederum eine wichtige Voraussetzung für die Untersuchung von stark saisonal geprägten Klimasignalen darstellt. Ferner zeichnen beide Proxies die weiträumigere SST-Variabilität auf, d.h. in der Karibik und in Teilen des tropischen Nordatlantiks. Das Korallen-Sr/Ca stellt einen zuverlässigen Proxy für lokale annuelle bis interannuelle Temperaturschwankungen dar, der höher mit lokal gemessener Lufttemperatur korreliert als mit gemittelter SST. Die aus Korallen-Sr/Ca errechnete Erwärmung stimmt mit der im Arbeitsgebiet beobachteten starken Erwärmung der Oberflächentemperatur während der letzten Jahrzehnte überein. Die Proxydaten zeigen eine enge Verbindung zu bedeutenden Klimasignalen aus dem tropischen Pazifik und Nordatlantik (die El Niño-Südhemisphären Oszillation (ENSO), sowie die Nordatlantische Oszillation (NAO)), welche den Jahresgang der SST im nordtropischen Atlantik (NTA) beeinflussen. Am Aragonit von Korallen gemessene Sauerstoffisotopen werden außerdem vom Meerwasser δ18O (δ18O Meerwasser) beeinflusst, das wiederum vom hydrologischen Kreislauf abhängig ist, und zeichnen großskalige Klimavariabilität im nordtropischen Atlantik besser auf als Sr/Ca, welches vor allem lokale Temperaturschwankungen reflektiert. Ein quantitativer Vergleich zwischen Extremereignissen in externen Klimasignalen, welche den tropischen Atlantik beeinflussen können (ENSO und die NAO), und im saisonalen Korallen-δ18O aufgezeichneten Ereignissen zeigt, dass die Temperaturvariabilität im Arbeitsgebiet mit der Variabilität im tropischen Pazifik und Nordatlantik in Verbindung steht. Diese Ergebnisse unterstützen wiederum die auf instrumentellen Daten und Klimasimulationen basierenden Resultate, welche einen starken Einfluß der ENSO und der NAO auf den nordtropischen Atlantik durch die Regulierung der Passatwind-Stärke vermuten lassen. Die Ergebnisse aus der Untersuchung der Proxy-Zeitserien mit verschiedenen Methoden der Spektralanalyse deuten darauf hin, dass die von der Koralle aufgezeichnete interannuelle Klimavariabilität vor allem durch den pazifischen Einfluss (ENSO)bestimmt wird, wohingegen der Einfluss der NAO auf dekadischen und längeren Zeitskalen zu dominieren scheint. Das Archipel Los Roques liegt in der südöstlichen Karibik, nördlich der Küste Venezuelas. Die auf einer rezenten Diploria strigosa Koralle basierende monatlich aufgelöste Sauerstoffisotopen-Zeitserie deckt nahezu das gesamte letzte Jahrhundert ab und weist eine hohe Korrelation zur Wassertemperatur auf, außerdem zeigt der Rekord sowohl jahreszeitliche Schwankungen als auch deutliche Variabilität auf multidekadischen Zeitskalen. Etwa die Hälfte der Varianz des Korallen-δ18O kann dabei durch Schwankungen im δ18OMeerwasser erklärt werden, welches durch die Berechnung des δ18Oresidual abgeschätzt werden kann indem man die Temperatur-Komponente (hier: SST) vom gemessenen Korallen-δ18O subtrahiert. Das δ 18Oresidual und ein regionaler Niederschlagsindex zeigen eine starke Verbindung auf niedrigen Frequenzen, was auf eine Steuerung der Variabilität des δ18Oresidual durch die Atmosphäre hindeutet. Im Allgemeinen gehen, auf multidekadischen Zeitskalen betrachtet, hohe Wassertemperaturen im Arbeitsgebiet mit starkem Niederschlag in der südöstlichen Karibik einher. Dadurch wird das Klimasignal im Korallen-δ18O verstärkt. Ferner weist der Korallen-δ18O Rekord während des borealen Sommers eine statistisch signifikante Beziehung zu verschiedenen Indizes auf, welche die Aktivität atlantischer Hurrikane messen. Die Proxy-Zeitreihe bildet vor allem Schwankungen der Indizes auf dekadischen bis multidekadischen Zeitskalen ab. Die verfügbaren instrumentellen Messdaten zur Hurrikanaktivität sind zeitlich stark eingeschränkt und weisen große Unterschiede auf, welche vor allem auf die über die Jahre erfolgten Umstellungen in Messmethodik und –technik zurückzuführen sind. Jedoch erschwert dies die Erkennung und Interpretation langfristiger Schwankungen und Trends in der Atlantischen Hurrikanaktivität. Die hier vorgestellten Ergebnisse legen nahe, dass die auf Korallen vom Los Roques Archipel basierenden Proxydaten wichtige Erkenntnisse über vergangene Schwankungen in der Hurrikanaktivität liefern können, und zwar auf Zeitskalen welche sich bis vor die verlässlichen instrumentellen Aufzeichnungen erstrecken. Im Korallen-Rekord ist außerdem ein negativer Trend zu erkennen, der die dekadische bis multidekadische Variabilität überlagert und auf eine Erwärmung sowie einen möglichen Rückgang der Oberflächenwassersalinität im Entstehungsgebiet tropischer Zyklone während der letzten Jahrzehnte hindeutet. Die Korallen-δ18O Zeitreihe stellt den ersten, und bis jetzt längsten, auf Korallen basierenden kontinuierlichen Rekord für Hurrikanaktivität dar. Die Ergebnisse deuten darauf hin das die Kombination des Temperatursignals mit dem δ18OMeerwasser-Signal im Korallen-δ18O zu einer Verstärkung großräumiger Klimasignale führt, was wiederum Korallen-δ18O zu einem besseren Indikator für Hurrikanaktivität machen würde als SST allein betrachtet. Die Atlantische Hurrikanaktivität weist natürliche multidekadische Schwankungen auf, welche mit der bedeutendsten niederfrequenten Variabilität im Nordatlantik, der Atlantischen Multidekadischen Oszillation (AMO),assoziiert werden. Diesem Klimasignal zugrundeliegende Mechanismen sind jedoch weitestgehend ungeklärt, hauptsächlich bedingt durch die zeitlich begrenzten instrumentellen Daten. Der Korallen-δ18O Rekord weist ein deutliches multidekadisches Signal mit einer Periode von etwa 60 Jahren auf, dass in enger Verbindung zur AMO steht. Wiederum deutet dies darauf hin, dass das Archipel Los Roques eine besonders sensitive Lokation für die Erfassung und Rekonstruktion niederfrequenter atlantischer Klimavariabilität darstellt. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass die in dieser Arbeit vorgestellten Korallen-Rekords verschiedene, im nordtropischen Atlantik entscheidende, Klimaparameter mit hoher Zuverlässigkeit aufzeichnen. Dies impliziert, dass schnellwachsende Diploria strigosa Korallen ein vielversprechendes marines Archiv darstellen, welches erhebliches Potential für zukünftige Proxy-basierte Rekonstruktionen vergangener Klimavariabilität auf verschiedenen Zeitskalen aufweist.
 
Schlagworte:corals, oxygen isotopes, trace elements, Caribbean Sea
 
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