Alkenone in Ostseesedimenten, -schwebstoffen und -algen: Indikatoren für das Paläomilieu?
Creators: name: Schöner, Anne Charlotte
Publisher: name: Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde
Year: 2001

description: Meereswissenschaftliche Berichte No 48 2001 - Marine Science Reports No 48 2001
description: The presence of alkenones in Baltic Sea sediments was first detected in the spring of 1996 (SCHULZ et al., 1997). Subsequently more samples of sediments and surface water were taken from the Baltic Sea, the Kattegat and the Skagerrak and analysed for the presence of alkenones. The aim of this study was to use alkenones as an indicator for reconstructing surface water temperatures in the Baltic. The results of the alkenone analysis, however, do not show the indices Uk'37 and Uk37 to correlate significantly with either contemporary water temperature records or with what is known of temperature developments in the Baltic area during the Holocene and late Pleistocene. On the other hand, the results do indicate a positive correlation between alkenone production and salinity changes.

The analysis of alkenones as found in floating and sinking particles and surface sediments shows that a decrease in surface water salinity is reflected by the increased synthesis of tetra-unsaturated C37 methylalkenones and tri-unsaturated C38 ethylalkenones. And in salinity ranges of less than 7 PSU, east of the Gotland Basin, no C38 methylalkenones are detected. For the description of alkenones in the Baltic Sea the specific alkenone patterns "Marine Alkenone pattern" and "Baltic Sea Alkenone pattern" have been defined. To express the changes in C38 ethylalkenones production, a new alkenone index Uk'38Et is used, which describes the correlation between the summa of di- and tri-unsaturated C38 ethylalkenones and di-unsaturated C38 ethylalkenones.

The holocene/pleistocene history of salinity changes is reflected by the Uk'37 index. Alkenone analysis of sediments from of the Gotland Deep shows decreasing Uk'37 when water salinity increased. Analysis results from sediments of the Baltic Ice Lake stage indicate that not only at 11250 14C years BP, during the Billingen-I event (BJÖRCK, 1995), but also at 12000 14C years BP, at the colour change of glacial clay, the salinity of the water increased. For the Ancylus Lake period, after an initial freshwater stage, the Uk'37 values show a salinity increase at 9300 14C years BP corresponding with a similar description by HUCKRIEDE et al. (1996). At 6600 14C years BP during the transition from Mastogloia to Littorina, a significant change in the alkenone synthesis can be surmised, as the Uk'37 values from then onwards reflect known salinity developments at a consistently lower value of 0,2.

Leaving out of consideration the influence of lateral sedimentary movement, especially in the Gotland Deep, the different alkenone patterns and alkenone indices in the Baltic could have been caused by changes in the algae populations or in the dominant species of algae adapting to changing salinity conditions. In order to use alkenones as a means of reconstructing temperatures and salinity levels of surface water alkenone producing algae from the Baltic should be cultivated under controlled conditions as regard temperature and salinity. Five species of algae, taken from the Baltic and North Sea respectively, were cultivated under controlled conditions as regards temperature and subjected to alkenone analysis (MENZEL et al., 1999). This analysis showed that none of the cultivated algae can be considered as the dominant alkenone producing species in the Baltic.

If the dominant alkenone producing species of the Baltic were discovered, an algae cultivation experiment based on the Uk37, Uk'37 and Uk'38Et indices can be carried out in which the influence of varying salinity conditions at a given water temperature can be measured. Especially the proportion of C37:4 methylalkenones within the total of C37 alkenones should be taken into consideration. Ensuing alkenone analysis results could be used to describe salinity and temperature changes in the surface water of the Baltic Sea during the Holocene and Pleistocene period. Eventually this might develop into an absolute measure for salinity and water temperature in the Baltic.
description: Am Institut für Ostseeforschung Warnemünde konnten erstmals im Frühjahr 1996 Alkenone in Sedimenten der Mecklenburger Bucht und dem Arkonabecken nachgewiesen werden (SCHULZ et al., 1997). Daraufhin wurden weitere Sedimente und Schwebstoffe aus der Ostsee, dem Kattegat und Skagerrak auf Alkenone untersucht. Ziel dieser Untersuchungen war es, die Alkenone zur Wassertemperaturrekonstruktion zu nutzen. Die ermittelten Alkenon-Untersättigungs-Indices Uk'37 und Uk37 korrelieren jedoch weder mit der heutigen Oberflächenwassertemperatur während der Wachstumsperiode der Ostseeprymnesiophyceen noch mit der bisher bekannten spätpleistozänen und holozänen Temperaturentwicklung des baltischen Raumes. Dagegen ist ein Zusammenhang zwischen Salinitätsveränderungen in der Ostsee und der Alkenonproduktion aufzeigbar.

Die Alkenonanalyse aus rezentem Probenmaterial, bestehend aus Oberflächensedimenten, Schweb- und Sinkstoffen, läßt erkennen, daß mit abnehmendem Salzgehalt im Oberflächenwasser zunehmend vierfach ungesättigte C37 Methylalkenone und dreifach ungesättigte C38 Ethylalkenone synthetisiert werden. Auch sind ab einer Salinität von 7 PSU, d.h. östlich des westlichen Gotlandbeckens, keine C38 Methylalkenone mehr nachweisbar. Entsprechend dieser Beobachtung wurde ein sogenanntes "Marines Alkenonmuster" und ein "Ostsee Alkenonmuster" definiert. Die relative Veränderung der C38 Ethylalkenone ist in einem neu konzipierten Alkenonindex Uk'38Et dargestellt, indem die Summe aus zwei- und dreifach ungesättigter C38 Ethylalkenone zum zweifach ungesättigten C38 Ethylalkenon in Relation gesetzt wird.

In den holozän/pleistozänen Sedimenten aus dem Gotlandbeckentief zeichnet das nachgewiesene Alkenonverhältnis Uk'37 die entwicklungsgeschichtlich bekannten Salinitätsveränderungen des Oberflächenwassers nach. Der Abfall der Uk'37 Werte korreliert mit dem Anstieg des Salzgehaltes. Demnach kann im Eisstausee nicht nur um 11250 14C Jahre BP am Billingen-I Ereignis (BJÖRCK, 1995) ein zunehmender Salzanstieg vermutet werden, sondern auch neuartig um 12000 14C Jahren BP am Farbwechsel des Glazialtons. Der Werteverlauf im Stadium der Ancylus vermittelt ähnlich den Beobachtungen von HUCKFRIEDE et al. (1996) nach anfänglicher Aussüßung, ab 9300 14C Jahren BP einen erneuten Salzgehaltanstieg. An der Grenze Mastogloia/Litorina (6600 14C Jahren BP) wird ein Wechsel in der Alkenonsynthese angenommen, um den Werteverlauf des Uk'37 weiterhin ungestört der bekannten Salzentwicklung zuzuordnen. Ab diesem Zeitraum wird bei gleicher Salinität ein um 0,2 Uk'37 Wert produziert.

Die Ursache für die unterschiedlichen Alkenonmuster und Alkenonverhältnisse liegen, abgesehen von allochtonem Sedimenttransport, entweder in Verschiebungen in der Algenpopulationen und/oder in der Anpassung einer dominaten alkenonproduzierenden Alge an die sich veränderten Salinitätsverhältnisse. Um die Alkenonverhältnisse bzw. die Alkenonmuster zur Rekonstruktion von Oberflächenwassertemperaturen und Salinitätsgraden zu nutzen, müßten Ostseeprymnesiophyceen unter kontrollierten Temperatur- und Salinitätsbedingungen gezüchtet werden. Im Rahmen einer Diplomarbeit wurden von D. Menzel insgesamt fünf Nord- und Ostseeprymnesiophyceen bei kontrollierter Wachstumstemperatur gezüchtet und auf Alkenone untersucht (MENZEL et al, 1999). Die Auswertung der Alkenonmuster und Alkenonkonzentrationen zeigten jedoch auf, daß keine der kultivierten Arten als heutige dominant alkenonproduzierende Prymnesiophycee in Frage kommen.

Ist diese dominant alkenonproduzierende Prymnesiophycee der Ostsee jedoch bekannt, so könnten durch ein gezielt aufgebautes Kultivierungexperiment salzspezifische Temperaturgleichungen, die auf den Alkenon-Untersättigungs-Indices Uk37, Uk'37 und Uk'38Et basieren, erarbeitet werden. Auch sollte der prozentuale Anteil an C37:4 Methylalkenonen zur Summe an C37 Alkenone besonders beachtet werden. Die Ergebnisse aus der Alkenonanalyse könnten dann zur Beschreibung von Salinitäts- und Temperaturveränderungen des Oberflächenwassers während der holozän/pleistozänen Entwicklungsgeschichte genutzt werden. Möglicherweise können sogar absolute Angaben über die Salinität und die Wassertemperatur in der Ostsee angegeben werden.