The biogeochemical signals archived in marine sediments deposited near continents can provide insight into past environmental conditions on land as well as complex processes occurring at the Earth’s surface. To distinguish signals produced on land from potential alteration mechanisms occurring during sediment transport and burial at the seafloor, a comparison of the composition of the signals at different sections of the sedimentary system is however required. In this dissertation, I compare the composition of sediments sampled at river mouths, marine surface sediments and marine sediments from gravity cores to investigate the nature of the information contained by five biogeochemical tracers archived in marine sediments offshore Chile. This dissertation provides insight into past environmental conditions in Chile over the last 20,000 years and shed light on geochemical reactions affecting marine sediments during early diagenesis.
I first use the comparison of the lithium composition and the lithium isotope ratio of clay-sized marine and fluvial sediments to highlight a systematic enrichment of lithium (translated by higher lithium over aluminum ratios) in marine sediments compared to their terrestrial counterparts. This overprint is attributed to the formation of marine authigenic clays in terrigenous sediments deposited at the seafloor. Using the data set reported along Chile, I derive a fractionation factor associated with marine authigenic clay formation, which provides insight into the role of marine authigenic clay formation in setting the lithium isotope composition of marine sediments and seawater.
I then interpret the hydrogen and carbon isotope compositions of leaf wax n-alkanes recorded in marine sediments along Chile based on the composition of modern fluvial and marine surface sediments previously shown to reflect the isotope composition of precipitation. This allows reconstructing hydrological regimes along Chile since the Last Glacial Maximum. Specifically, I present a new reconstruction of the past latitudes of the Southern Hemisphere Westerlies Wind belt along Chile with high spatial and temporal resolution. This reconstruction, compared with the past latitudes of the Intertropical Convergence Zone derived from literature, allows identifying large scale atmospheric pathways acting on the west coast of South America over the last 20,000 years.
I additionally compare the ratio of the meteoric cosmogenic 10 Beryllium (10Be) over the stable 9 Beryllium (9Be) of river sediments along Chile with their marine counterparts. This highlights a strong sensitivity of the beryllium system to early diagenetic reactions. Specifically, I attribute the higher 10Be/9Be ratios detected offshore Chile to the formation of authigenic phases incorporating beryllium from seawater. Alternatively, the same approach applied to the in situ 10Be and 26Al concentrations of quartz in sediments indicates a preservation of the terrestrial signals in marine sediments. This implies that in situ 10Be concentrations measured in marine sediments can be used to derive paleo-denudation rates.
This dissertation illustrates the large range of information that can be derived from marine sedimentary archives, provided that modern signals produced on continents are considered when interpreting marine records.
Die in marinen Sedimenten in der Nähe von Kontinenten archivierten biogeochemischen Signale können über die vergangenen Umweltbedingungen an Land sowie über die komplexen biogeochemischen Prozesse an der Erdoberfläche informieren. Um Signale, die an Land erzeugt wurden, von möglichen Alterationsmechanismen zu unterscheiden, die während des Sedimenttransports und der Ablagerung am Meeresboden auftreten, ist jedoch ein Vergleich der Zusammensetzung der Signale an verschiedenen Abschnitten des Sedimentsystems erforderlich. In dieser Dissertation vergleiche ich die Zusammensetzung von Sedimenten, die an Flussmündungen entnommen wurden, mit marinen Oberflächensedimenten sowie mit marinen Sedimenten aus Gravitationskernen. Damit untersuche ich die Art der Informationen, die in fünf biogeochemischen Tracern enthalten sind, welche in marinen Sedimenten entlang Chile archiviert sind. Diese Dissertation liefert Einblicke in die vergangenen Umweltbedingungen in Chile in den letzten 20.000 Jahren und untersucht geochemische Reaktionen, die marine Sedimente während der frühen Diagenese beeinflussen.
Zunächst verwende ich den Vergleich der Lithiumzusammensetzung und des Lithiumisotopenverhältnisses von tonfeinen marinen und fluvialen Sedimenten, um eine systematische Anreicherung von Lithium (ausgedrückt durch höhere Lithium-Aluminium-Verhältnisse) in marinen Sedimenten im Vergleich zu ihren terrestrischen Entsprechungen hervorzuheben. Dieser Überdruck wird auf die Bildung von marinen authigenen Tonen in terrigenen Sedimenten zurückgeführt, die sich auf dem Meeresboden abgelagert haben. Anhand der entlang der chilenischen Küste gemessenen Daten leite ich einen Fraktionierungsfaktor ab. Dieser hängt mit der Bildung von marinen autogenen Tonen zusammen und gibt Aufschluss über die Rolle der marinen autogenen Tonbildung bei der Festlegung der Lithiumisotopenzusammensetzung von marinen Sedimenten und Meerwasser.
Anschließend interpretiere ich die Wasserstoff- und Kohlenstoffisotopenzusammensetzungen von Blattwachs-n-Alkanen, die in marinen Sedimenten entlang Chiles aufgezeichnet sind, auf der Grundlage der Zusammensetzung moderner fluvialer und mariner Oberflächensedimente. Von diesen wurde zuvor gezeigt, dass sie die Isotopenzusammensetzung von Niederschlägen widerspiegeln. Dies ermöglicht die Rekonstruktion der hydrologischen Verhältnisse entlang Chiles seit dem letzten glazialen Maximum. Konkret präsentiere ich eine neue Rekonstruktion der früheren Breiten des Westwindgürtels der Südhalbkugel entlang Chiles, die eine hohe räumliche und zeitliche Auflösung aufweist. Diese Rekonstruktion ermöglicht im Vergleich mit den früheren Breiten der intertropischen Konvergenzzone, die aus der Literatur entnommen wurden, die Identifizierung großräumiger atmosphärischer Strömungswege, die in den letzten 20.000 Jahren auf die Westküste Südamerikas einwirkten.
Zusätzlich vergleiche ich das Verhältnis des meteoritischen kosmogenen 10-Berylliums (10Be) zum stabilen 9-Beryllium (9Be) in Flusssedimenten entlang Chiles mit ihren marinen Entsprechungen. Dies verdeutlicht die hohe Empfindlichkeit des Berylliumsystems gegenüber frühen diagenetischen Reaktionen. Insbesondere führe ich die höheren 10Be/9Be-Verhältnisse, die vor der Küste Chiles festgestellt wurden, auf die Bildung von autogenen Phasen zurück, die Beryllium aus Meerwasser enthalten. Alternativ deutet derselbe Ansatz, der auf die in situ 10Be- und 26Al-Konzentrationen von Quarz in Sedimenten angewendet wurde, auf eine Erhaltung der terrestrischen Signale in marinen Sedimenten hin. Dies bedeutet, dass die in marinen Sedimenten gemessenen in situ 10Be-Konzentrationen zur Ableitung von Paläo-Denudationsraten verwendet werden können.
Diese Dissertation veranschaulicht die Vielzahl an Informationen, die aus marinen Sedimentarchiven gewonnen werden können, vorausgesetzt, dass bei der Interpretation mariner Aufzeichnungen die auf Kontinenten erzeugten modernen Signale berücksichtigt werden.
