Application of the Sr-U coral paleo-thermometer to reconstruct sea surface temperatures during the Mid-Holocene using corals from Cañada Honda, Dominican Republic

Abstract

The skeletons of massive corals provide important seasonally resolved archives of past climate as they provide strong temporal constraints. Current coral paleo thermometers (δ18O and Sr/Ca) have proven to provide valuable insight on climate, but present important uncertainty due to internal controls of the coral organism. These thermometers rely on calibrations produced with living coral tissue and instrumental sea surface temperature (SST), this leaves their application on long dead and fossil corals uncertain. In this study, a new multi element coral thermometer (Sr-U), which relies on an external calibration, is applied on fossil corals from the Mid-Holocene originating from the complete reef exposures in the Enriquillo Valley, Dominican Republic. These exposures have proven to be pristinely preserved, with no major changes to original mineralogy. Consistent with other studies, Ba/Ca values from these corals suggests significant meteoric input from rivers and groundwater into the environment these corals lived in. Results from the Sr-U thermometer are also compared to Sr/Ca results consistent with past studies in the location. Three corals from this location dating to 8047 ± 26 yrs BP, 6,427± 81 yrs BP and 5,199 ± 26 yrs BP (U/Th dates) were analyzed for Strontium, Barium and Uranium at seasonal resolutions. Results from the Sr-U thermometer show SSTs less than 0.5oC cooler and variabilities consistent with measured preindustrial SST for this location. Results from Sr/Ca thermometers show unrealistic cooler SST (up to 10oC cooler) and variability not present in this area. Other paleoclimate proxies show that the tropical Atlantic and the Caribbean were slightly cooler than pre-industrial climate. These results are encouraging to the continued use of Sr-U to derive accurate SST from fossil material.

Los esqueletos de corales masivos proveen una importante fuente de información del clima del pasado, ya que poseen fuertes restricciones temporales. Los paleo-termómetros actuales (δ18O y Sr/Ca) han demostrado proveer información valiosa sobre el clima del pasado, pero presentan una importante incertidumbre debido a los controles internos del organismo. Estos termómetros se basan en calibraciones producidas con tejido vivo y temperatura superficial oceánica (SST) instrumental, esto deja su aplicación en los corales muertos y fósiles incierta. En este estudio, se aplica un nuevo termómetro de coral con múltiples elementos (Sr-U), que se basa en una calibración externa. Aplicamos este termómetro en corales fósiles del Holoceno medio que se originan de las exposiciones completas del arrecife en el Valle de Enriquillo, República Dominicana. Se ha demostrado que estas exposiciones se conservan en forma prístina, sin grandes cambios en la mineralogía original. Como observado en otros estudios, los valores de Ba/Ca en estos corales sugieren una significativa entrada de agua meteórica proveniente de ríos y las aguas subterráneas en el ambiente en el que vivieron estos corales. Los resultados del termómetro Sr-U también se comparan con los resultados de Sr/Ca de estudios anteriores en este lugar. Tres corales de esta ubicación que datan a 8047 ± 26 años BP, 6,427 ± 81 años BP y 5,199 ± 26 años BP (fechas U/Th) se analizaron para determinar el Estroncio, Bario y Uranio en alta resolución. Los resultados del termómetro Sr-U muestran SST menores a 0.5°C mas frios y variabilidades consistentes al SST preindustrial medida para esta ubicación. Los resultados de los termómetros Sr/Ca muestran una SST más fría y no posible (hasta 10 ° C más fría) y variabilidad alta no presente en esta área. Otros archivos de paleoclima muestran que el Atlántico tropical y el Caribe fueron ligeramente más fríos que el clima preindustrial. Estos resultados son alentadores para el uso continuado de Sr- U para obtener una SST precisa del material fósil.