Changes in silicon and nitrogen cycling off Peru during the past 20,000 years

Doering, Kristin ORCID

The Peruvian coastal upwelling region is characterized by very high surface water primary productivity. Enhanced oxygen consumption during the degradation of organic matter and sluggish ventilation lead to suboxic to anoxic conditions in subsurface waters resulting in one of the largest Oxygen Minimum Zones (OMZs) globally, which causes enhanced N-loss processes in the water column and shelf sediments. The strength and spatial extent of these processes in the past have been regulated by changes in oceanic and atmospheric circulation, which have in turn been controlled by global and regional climatic changes. Reconstructions of surface water dissolved silicic acid (Si(OH)4) and nitrate (NO3-) utilization as a function of primary productivity and the strength of pelagic denitrification in the oxygen-depleted subsurface waters supplying the upwelling have shown to be recorded by stable silicon isotope composition (δ30Si) of diatom and bulk sediment nitrogen isotope compositions. However, species-specific Si isotope enrichment factors for some marine diatoms species have shown to potentially affect past δ30Si records of diatoms due to past shifts in the dominance of particular diatom species. To account for potential biases due to the prevalence of different diatom species off Peru surface sediment δ30Si of small mixed (11-32µm; δ30SibSi) and of large handpicked (Coscinodiscus; >150µm; δ30Sicoscino) diatom species were investigated and compared to the diatom assemblages.

Das peruanische Auftriebsgebiet ist gekennzeichnet durch eine sehr hohe Primärproduktivität im Oberflächenwasser. Die Zersetzung von organischem Material und eine relativ langsame Wassermaschenmischung führen zu starker Sauerstoffnutzung und starken sub-oxischen bis an-oxischen Bedingungen und eine der global größten Sauerstoffminimumzonen (OMZs), in der es zum Abbau von Nitrat in der Wassersäule und in Schelfsedimenten kommt. Die Stärke und das Ausmaß dieser Prozesse in der Vergangenheit sind direkt abhängig von der ozeanischen und atmosphärischen Zirkulation, die durch globale und regionale Klimaveränderungen beeinflusst wurden. Zur Rekonstruktion der Oberflächenwassernutzung von der gelöster Kieselsäure (Si(OH)4) und des Nitrats (NO3-) während der Primärproduktivität, sowie der Intensität von der Denitrifizierung in der Wassersäule haben sich die Verhältnisse von stabilen Silizium-Isotopen in Diatomeen (δ30Si) und von sedimentären Stickstoff Isotopen (δ15Nbulk) als Hilfsmittel bewährt. Allerdings, haben artenabhängige Si-Isotopen Fraktionierungsfaktoren verschiedener Diatomeenarten gezeigt, dass Veränderungen in der Dominanz der Arten einen starken Einfluss auf die Aufzeichnung vergangener δ30Si- Schwankungen haben können. Um die Auswirkungen der veränderlichen Häufigkeit verschiedener Diatomeenarten auf die δ30Si-Signaturen in den Sedimentarchiven des peruanischen Schelfs zu bestimmen, wurden hier deshalb zum Einen δ30Si Werte von kleinen gemischten Diatomeenarten (11-32µm; δ30SibSi) und zum anderen von großen handgepickten Diatomeen (Coscinodiscus; >150µm) aus den Oberflächensedimenten untersucht und mit der Diatomeen Vergesellschaftung verglichen.

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Doering, Kristin: Changes in silicon and nitrogen cycling off Peru during the past 20,000 years.

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