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Late Quaternary variability of hydrography and weathering
inputs on the SW Iberian shelf from clay minerals and the
radiogenic isotopes of neodymium, strontium and lead
 
 


Dissertation
zur Erlangung des Doktorgrades

Dr. rer. nat.

der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät
der Christian-Albrechts-Universität
zu Kiel


vorgelegt von

Roland Stumpf

Kiel, 2011
   ii  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Referent: Prof. Dr. Martin Frank
Koreferent: Prof. Dr. Dirk Nürnberg
Tag der Disputation: 24. Mai 2011
zum Druck genehmigt:





gez., der Dekan
  iii   iv  
 
Erklärung
 
Hiermit versichere ich an Eides statt, dass ich diese Dissertation selbständig 
und nur mit Hilfe der angegebenen Quellen und Hilfsmittel erstellt habe. Weiterhin 
versichere ich, dass der Inhalt  dieser Arbeit weder in dieser, noch in veränderter 
Form,  einer  weiteren  Prüfungsbehörde  vorliegt.  Die  Arbeit  wurde  unter 
Einhaltung  der  Regeln  guter  wissenschaftlicher  Praxis  der  Deutschen 
Forschungsgemeinschaft verfasst.  
 
 
 
Kiel, den 02.05.2011  
 
 
 
(Roland  Stumpf, Dipl. ‐Geol.)
  v  
 
 
  vi  
Contents
 
Abstract   xi  
Kurzfassung   xiii  
Acknowledgments   xv 
   
1. Introduction    
1.1. Motivation and objectives   1 
1.2. The Atlantic Meridional Overturning Circulation   3 
1.3. The Mediterranean thermohaline circulation   4 
1.3.1. The Mediterranean Outflow Water   5  
1.3.2. Paleoceanography of MOW   6 
1.4. Radiogenic isotope sy stems of Nd, Sr and Pb   7 
1.4.1. Neodymium isotopes   8 
1.4.2. Strontium isotopes   9 
1.4.3. Lead isotopes   10 
1.5. Clay minerals   11 
   
2. Material,  Methods  & Instrumentation    
2.1. Core selection  and age models   13 
2.2. Sample preparation   14 
2.2.1. Leaching procedure   15  
2.2.2. Separation of the clay ‐size fraction   16 
2.2.3. Preparation of XRD object  slides   17 
2.3. XRD analysis   18 
2.3.1. XRD measurements   18 
2.3.2. Clay mineral quantification   18 
2.4. Isotope analysis   20 
2.4.1. Dissolution of the clay ‐size fraction   20 
2.4.2. Element separation and purification   20 
  vii  2.4.3. Nd isotope analysis   21 
2.4.4. Pb isotope analysis   22 
2.4.5. Sr isotope analysis   23 
   
3. Late  Quaternary  variability  of  Mediter ranean  Outflow  Water   
from radiogenic Nd and Pb isotopes    
Abstract   25 
3.1. Introduction   26 
3.1.1. Recent hydrography   26 
3.1.2. Paleoceanography   27 
3.1.3. Radiogenic isotopes   27 
3.2. Material and methods   31 
3.2.1. Sample preparation   32 
3.2.2. Element separation and purification   33 
3.2.3. Isotope analysis   33 
3.2.4. Core descriptions and age mod els   34 
3.3. Results   35  
3.4. Discussion   39 
3.4.1. Evaluating MOW flow paths with Nd isotopes   39 
3.4.2. Evaluating MOW flow paths with Pb isotopes   42 
3.5. Conclusions   48 
3.6. Acknowledgments   49 
   
4. Climatically  driven  changes  in  sediment  supply  on  the  SW   
Iberian shelf since the Last Glacial Maximum    
Abstract   51  
4.1. Introdu ction   53  
4.1.1. The Mediterranean Sea  – North Atlantic hydrography   53  
4.1.2. Suspended particulate matter   54 
4.1.3. Radiogenic isotopes and clay mineral abundances as source  55  
tracers    
  viii  4.1.4. Clay formation by chemical weathering   57 
4.2. Material and Methods   58  
4.2.1. Core selection and age models   58  
4.2.2. Sample preparat ion   59  
4.2.3. Clay mineralogical analysis   60  
4.2.4. Element separation and purification   60  
4.2.5. Isotope analysis   61 
4.3. Results   62 
4.3.1. Nd, Pb and Sr isotope time series   62 
4.3.2. Clay mineralogy   64 
4.4. Discussion   66  
4.4.1. Present ‐day endmember compositions   66  
4.4.2. LGM to Holocene endmember variability   70 
4.4.3. Implications for late Quatern ary hydrography of MOW   75 
4.5. Conclusions   76 
4.6. Acknowledgments   77 
   
5. Summary and outlook  79 
   
References  85  
Appendix   97 
 
 
  ix    x 

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