Impact of deglacial and Holocene AMOC changes on the mixed layer and deepwater hydrography of the subtropical North Atlantic

Die meridionale Umwälzzirkulation im Atlantik (engl. AMOC) transportiert warmes und salzreiches Wasser aus den Tropen in die hohen nördlichen Breiten, wo es abkühlt, absinkt und als Tiefenwasser in den Süden zurück fließt. Durch den Wärmetransport von niedrigen zu hohen Breiten trägt die AMOC zum Erhalt des globalen Energiehaushalts bei und ist daher ein wichtiger Bestandteil des globalen Klimasystems. Diese Studie befasst sich mit dem Einfluss von AMOC- Veränderungen auf die Oberflächen- und Tiefenwasser Hydrographie des subtropischen Nordatlantiks. Diese Veränderungen werden anhand von hochauflösenden Zeitreihen von Sedimentkernen rekonstruiert. Die Sedimentkerne stammen von einer Kernposition südlich der Azoren an der östlichen Flanke des Mittelatlantischen Rückens. Die Oberflächenwasserzirkulation in diesem Teil des subtropischen östlichen Nordatlantik (NA) wird von der warmen subtropischen Gyre (STG) bestimmt, die im Norden von gemäßigtem Ost-Nordatlantik Wasser (engl. ENAW) begrenzt wird. Die Kernposition liegt an der Grenze dieser zwei Wassermassen. An der Azoren Kernposition treffen zwei Tiefenwassermassen aufeinander, Unteren Tiefenwasser (engl. LDW), welches im südlichen subpolaren Atlantik gebildet wird und das Nord-Ostatlantischem Tiefenwasser (engl. NEADW). Letzteres wird im subpolaren Nordatlantik gebildet und besteht aus der Mischung zwei weiterer Wassermassen, dem Island-Schottland „Overflow“ Wasser (engl. ISOW) und dem Labrador Seewasser (engl. LSW). Aufgrund der Position an den Grenzen der Oberflächen- und Tiefenwassermassen ist die Azoren Kernposition ideal dazu geeignet gekoppelte Deckschicht- und Tiefenwasser- Veränderungen zu rekonstruieren. Diese Veränderungen werden mit Hilfe von Datensätzen mit zehn- bis hundertjähriger Auflösung untersucht. Veränderungen der Deckschichttemperatur werden mit Hilfe verschiedener Proxies, der Foraminiferentransferfunktionen (SIMMAX), dem Alkenonuntersättigungs- Index UK´37 sowie Mg/Ca Messungen an den Gehäusen von Oberflächen- und Zwischenwasser bewohnenden planktischen Foraminiferen rekonstruiert. Der Vergleich dieser verschiedenen Proxy- Temperaturen wird dazu genutzt, potentielle Überprägungen des Temperaturdatensatzes zu erkennen und somit eine verlässliche Temperaturrekonstruktion aus dem subtropischen Nordatlantik über das letzte Deglazial zu erhalten. Des weiteren wurden stabilen Sauerstoffisotopenwerten (δ18O) an den Gehäusen von Oberflächen- und Zwischenwasser bewohnenden planktischen Foraminiferen gemessenen. Die Kombination der Temperaturrekonstruktionen mit den stabilen Sauerstoffisotopenwerten (δ18O) wird dazu genutzt Veränderungen im Salzgehalt (18Ow-ice) der Wassermassen zu rekonstruieren. Zusätzlich werden Veränderungen der STG Position mit Hilfe der Häufigkeitsverteilungen planktonischer Foraminiferen rekonstruiert. Die Änderungen in der Tiefenwasserzusammensetzung im Deglazial wurden durch Ventilations-, Temperatur- und Salinitätsrekonstruktionen mit Hilfe von stabilen Isotopen (δ18O and δ13C) und Mg/Ca Bodenwassertemperatur Rekonstruktionen an benthischen Foraminiferen nachverfolgt. Diese neuen Daten zeigen, eine Kopplung zwischen der Position der NA subtropischen Gyre (STG) und der AMOC Stärke im Deglazials und dem frühen bis mittleren Holozän (16 -7 ka BP). In deglaziale Kaltphasen (Heinrich Ereignis 1, Jüngere Dryas, Präboreal und 8.2 Ereignis), in denen AMOC schwach war, verschob sich der Nordrand der STG südwärts. Salzgehaltsabnahmen von 1‰ SMOW, die für das Heinrich 1 und 8.2 Ereignis rekonstruiert wurden, deuten darauf hin, dass diese Verschiebung der STG durch Schmelzwasser verursacht wurden, welches sich bis zur Azoren Kernposition (38°N) ausdehnte. Ein gleichzeitiges Vordringen von temperiertem ENAW führte zu einer Abkühlung des Oberflächenwassers an der heute subtropischen Position von 4.5-6°C gegenüber heutigen Werten. Im Gegensatz dazu deuten relativ stabile Zwischenwassertemperaturen in der Jüngeren Dryas auf eine Wärmespeicherung im Zwischenwasser hin. Neue Tiefenwassertemperatur, -ventilations- und δ18Ow Daten in zehn- bis hundertjähriger Auflösung aus dem östlichen subpolaren NA zeigen, dass sich die Tiefenwasserzusammensetzung im östlichen NA Becken während der letzten 15 000 Jahre verändert hat. Diese Veränderung ereigneten sich gleichzeitig mit den Veränderungen in der Oberflächenwasserhydrografie. Während dem Deglazial erwärmte sich das Tiefenwasser und die Tiefenwasserventilation verbesserte sich. Diese generelle Evolution zu einem wärmeren, besser ventilierten Tiefenwasser wurde durch das Vordringen von schlechter ventiliertem (δ13C Werte zwischen 0-0.5‰), kühlerem (Minimalwert für BWT 1.5°C) und weniger salzreichem Wasser ( ‰ δ18Ow-Eis Abnahme) während des H1 Ereignis, der YD und dem frühen Holozän unterbrochen. Die parallele Evolution von BWT, δ13C und δ18Ow-Eis an den Azoren mit Veränderungen im Tiefen –und Oberflächenwasser im subpolaren NA deuten darauf hin, dass die Veränderungen in der Tiefenwasserzusammensetzung über die letzten 15 000 Jahre von klimatischen Prozessen in den hohen nördlichen Breiten gesteuert wurden. Diese neuen Ergebnisse widersprechen der Annahme, dass in Kaltphasen AABW bis in den subpolaren NA vordrang. Eine Konsequenz dieser Ergebnissee wäre, dass Veränderungen im NA auch zu deglazialen Veränderungen des Antarktischen Bodenwassers beitrugen und somit zu Änderungen in der atlantischen Tiefenwasserstratifizierung führen könnten. Dieser Zusammenhang wird mit Hilfe eines neuen Begriffmodels diskutiert.