Παλαιοωκεανογραφική μελέτη των κλιματικών μεταβολών στην βορειοανατολική Μεσόγειο κατά τα τελευταία 20.000 χρόνια μέσω της χρήσης βιογεωχημικών δεικτών και σταθερών ισοτόπων

Abstract

The eastern Mediterranean Sea (EMS) constitutes a natural ‘laboratory’ for the paleoceanographic study of environmental and climactic changes that occurred since the Last Glacial Maximum through the Holocene (the last 20.000 years). In the context of this study, sea sediment cores, two from the Aegean and one from the Libyan Sea have been analyzed in terms of biogeochemical proxies. In order to record changes in the paleoceanography and paleoproductivity in the EMS, we have determined total organic carbon, stable isotopes of nitrogen and stable isotopes of organic carbon. Additionally, the study of organic biomarkers has provided valuable information concerning the sources of organic matter (OM). Finally, the correlation between the aforementioned data and the paleotemperatures has contributed to the exploration of the paleoclimatic conditions in the EMS. The study has shown that low paleotemperature values are typical of the end of the LGM, with a limited loading of terrestrial organic matter from rivers and the atmosphere. The well oxygen conditions in the EMS have contributed to the utilization of OM, while marine biomarkers and nitrogen stable isotopes suggest low productivity in the eastern Mediterranean. More specifically in the northern Aegean recorded a warm period most likely corresponds to the Bolling/Allerod interstadial, followed by the cooling period named Younger Dryas, events that indicate the connection of EMS to global climatic system, such as the Northern Atlantic. The combination of results has shown that the deposition of sapropel layers is associated with an increase of paleotemperature, the intensity of African monsoons and all terrestrial and marine biomarkers during the Holocene climatic optimum. The study of all the variables indicates that the onset of S1 occurred earlier in the Libyan Sea (~9.8 kyr BP) than in the Aegean (~8.9 kyr BP). Within S1, higher concentrations were recorded, indicating warmer conditions and higher productivity and/or better preservation of marine OM due to the prevailing dysoxic/anoxic conditions in the water column/ sediment interface. High abundances of loliolide in southeastern Aegean and Libyan Seas indicate stronger dysoxic conditions in the deep water column/sediment interface compared to the north Aegean where these compounds are not abundant. The paleotemperatures confirm that there is a fluctuation of climatic conditions in the EMS, as well as the interruption of S1 deposition, which is related to a decrease of SST during the period 8.2 - 7.7 kyr BP, associated with the cooling event of 8.2 kyr BP in the North Atlantic. Finally, in the mid Holocene (~5.0-4.2 kyr BP) in the southeastern Mediterranean, identified a warm and humid period that exhibit higher values of productivity, enhanced riverine runoffs and OM preservation that associated with the deposition of a sapropel-like layer.

Η ανατολική Μεσόγειος θάλασσα αποτελεί ιδανικό φυσικό «εργαστήριο» για την παλαιοωκεανογραφική μελέτη των περιβαλλοντικών και κλιματικών αλλαγών που συνέβησαν κατά τη διάρκεια του τέλους της τελευταίας παγετώδους περιόδου έως και την Ολοκαινική περίοδο (τα τελευταία 20.000 χρόνια). Έλαβε χώρα βιογεωχημική μελέτη πυρήνων θαλάσσιου ιζήματος από το Αιγαίο Πέλαγος και από το Λιβυκό. Πραγματοποιήθηκε προσδιορισμός οργανικού άνθρακα, σταθερών ισοτόπων αζώτου και ισοτόπων οργανικού άνθρακα προκειμένου να καταγραφούν αλλαγές στις παλαιοωκεανογραφικές συνθήκες και τη παλαιοπαραγωγικότητα στην περιοχή της βορειοανατολικής Μεσογείου. Ειδικότερα, η μελέτη των οργανικών βιοδεικτών σε μοριακό επίπεδο μας προσέφερε σημαντικές πληροφορίες που αφορούν τις πηγές της οργανικής ύλης και τις διαγενετικές διεργασίες στις οποίες αυτή υπόκειται στη θαλάσσια στήλη και στο ίζημα, ενώ η συσχέτισή τους με τις παλαιοθερμοκρασίες της επιφάνειας της θάλασσας συνέβαλε στη διερεύνηση των παλαιοκλιματικών συνθηκών που επικρατούσαν στη βορειοανατολική Μεσόγειο. Η μελέτη του δείκτη Uk’37 έδειξε ότι χαμηλές τιμές παλαιοθερμοκρασίας χαρακτηρίζουν το τέλος της τελευταίας παγετώδους περιόδου και τη μετάβαση στη μεσοπαγετώδη περίοδο στη βορειοανατολική Μεσόγειο, με μειωμένη προσφορά χερσαίου οργανικού υλικού από τα ποτάμια και την ατμόσφαιρα. Τα καλά οξυγονωμένα βαθιά νερά σε συνδυασμό με τη μικρή ταχύτητα ιζηματογένεσης της βαθιάς λεκάνης του Λιβυκού Πελάγους συνετέλεσαν στην αποδόμηση της οργανικής ύλης ενώ οι βιοδείκτες θαλάσσιας προέλευσης και τα σταθερά ισότοπα του αζώτου υποδεικνύουν πολύ χαμηλούς ρυθμούς αυτόχθονης παραγωγικότητας στην ανατολική Μεσόγειο. Στο βόρειο Αιγαίο καταγράφηκε μία θερμή περίοδος που σχετίζεται με το κλιματικό γεγονός Bolling/Allerod ακολουθούμενο από τη ψυχρή περίοδο Younger Dryas, γεγονότα που αποδεικνύουν την συσχέτιση των κλιματικών αλλαγών στη περιοχή μελέτης με παγκόσμιες κλιματικές μεταβολές όπως το σύστημα του βορείου Ατλαντικού (ΝΑΟ). Ο συνδυασμός των αποτελεσμάτων έδειξε ότι η απόθεση του σαπροπηλικού ορίζοντα S1 σχετίζεται με αύξηση της παλαιοθερμοκρασίας (SST), της έντασης των Αφρικανικών μουσώνων και όλων των χερσαίων και θαλάσσιων βιοδεικτών κατά το κλιματικό βέλτιστο του Ολοκαίνου, την περίοδο 10 - 6 kyr B.P, περίπου. Η αύξηση της παραγωγικότητας και η καλύτερη διατήρηση του οργανικού υλικού κατά τη διάρκεια απόθεσης του S1 οφείλονται στην ισχυρότερη στρωμάτωση της στήλης του νερού από αυξημένες ποτάμιες εισροές και βροχοπτώσεις στην ευρύτερη περιοχή. Τα δεδομένα από τις παλαιοθερμοκρασίες πιστοποιούν διακύμανση των κλιματικών συνθηκών στην βορειοανατολική Μεσόγειο, όπως και τη διακοπή των συνθηκών απόθεσης του S1 που συνδέεται με πτώσης της παλαιοθερμοκρασίας κατά την περίοδο 8,2 έως 7,7 kyr BP, περίπου, και που σχετίζεται με το ψυχρό γεγονός του 8,2 kyr BP στο Βόρειο Ατλαντικό. Τέλος, στο μέσο του Ολοκαίνου στο νοτιοανατολικό Αιγαίο, εντοπίστηκε μια θερμή και υγρή περίοδος, κατά την οποία η αύξηση της παραγωγικότητας και των χερσαίων εισροών παράλληλα με τη διατήρηση της οργανικής ύλης, εκφράστηκε με την απόθεση ενότητας ιζήματος με έντονα χαρακτηριστικά σαπροπηλικού ορίζοντα.