Die Öffnung der Straße von Gibraltar leitete vor 5,33 Mio. Jahren das Ende der Messinischen Salinitätskrise ein. Dem dadurch ermöglichten Wassermassenaustausch zwischen Mittelmeer und Atlantischem Ozean wird heute große Bedeutung beigemessen, er fand jedoch nicht immer auf die gleiche Weise wie heute statt und besonders über dessen Beginn nach der Öffnung der Straße war bisher wenig bekannt. Die frühe Geschichte des Austauschs zwischen Mittelmeer und Atlantischem Ozean steht im Mittelpunkt der vorliegenden Dissertation. Die hier gesammelten Studien sind ein Beitrag zu den Forschungszielen der Expedition 339 „Mediterranean Outflow“ des Integrated Ocean Drilling Programs (IODP). Sedimentkerne von IODP Hole U1387C, zurückreichend bis in das späte Miozän, wurden verwendet, um die ersten Anzeichen von Wassermassenaustausch zwischen Mittelmeer und Atlantischem Ozean aus einer mikropaläontologischen Perspektive zu erforschen. Vergesellschaftungen benthischer Foraminiferen entlang der Miozän/Pliozän-Grenze (5.33 Mio. Jahre) legen schlecht durchlüftete Umweltbedingungen am Meeresboden im Golf von Cadiz vor der Öffnung der Straße von Gibraltar nahe. Danach zeigt eine Veränderung in den benthischen Vergesellschaftungen mit dem häufigen Auftreten von Foraminiferenarten, die warmes und/oder hoch-energetisches Bodenwasser anzeigen. Diese Häufigkeitsmuster werden von geochemischen Daten (Zr/Al, 18O) unterstützt. Der Multiproxy-Ansatz erlaubt damit zum ersten Mal die Identifizierung von Bodenwässern aus dem Mittelmeer nach der Öffnung der Straße von Gibraltar; dieser Wassermassenaustausch war allerdings noch sehr schwach entwickelt.Eine Gruppe von Foraminiferenarten, als „erhöhte Epifauna“ („elevated epifauna“) zusammengefasst, wurden in der Gegenwart als Indikatoren starker Bodenströmungen verwendet. In IODP Hole U1387C wurden sie in Sedimentproben mit grober Korngröße gemeinsam mit typischen Schelfarten gefunden, starke Hinweise auf einen Transport über den Schelfrand hinaus. Um die Herkunft der Vertreter der erhöhten Epifauna in den pliozänen Proben zu rekonstruieren, wurde eine Analyse stabiler Isotope an Schalen von Cibicides lobatulus, Cibicides refulgens und Planulina ariminensis sowie an Schalen von Schelf- und Tiefwasserformen durchgeführt und mit rezenten Proben des Iberischen Kontinentalrandes verglichen. Unsere Resultate bestätigen einen Ursprung der Schalen von C. lobatulus und C. refulgens am Schelf sowie deren breite bathymetrische Verteilung. Große Vorsicht ist daher angebracht, wenn diese Arten zur Rekonstruktion des Mittelmeerausstroms dienen sollen. Im Gegensatz dazu konnte gezeigt werden, dass P. ariminensis auf größere Wassertiefen beschränkt und daher ein verlässlicherer Anzeiger für Bodenströmungen ist.Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf dem Oberflächenwasser des späten Pliozäns (3.33-2.58 Mio. Jahren), um die Bedeutung des in das Mittelmeer einströmenden atlantischen Wassers zu untersuchen. In diesem Fall ermöglichen planktonische 18O-Daten die Identifizierung isotopischer Gradienten zwischen beiden Seiten der Straße von Gibraltar, repräsentiert durch IODP Hole U1389E (Atlantik) und ODP Site 978 (Mittelmeer). 18O-Gradienten während der verschiedenen Kalt- und Warmzeiten zeigen unterschiedliche Verhaltensmuster: In warmen, feuchten Klimastadien war der Wassermassenaustausch zwischen Mittelmeer und Atlantischem Ozean vermindert, während die Aridifizierung des Mittelmeerraums in starken Glazialen zu einer Intensivierung des Austauschs führte. Die Episoden verstärkten Austauschs in Kaltzeiten fallen mit verringerter Bildung von Nordatlantischem Tiefenwasser zusammen. Unsere Daten könnten ein Hinweis auf den Beginn jenes negativen Feedbacks zwischen dem Wassermassenaustausch an der Straße von Gibraltar und der meridionalen Umwälzung von Wassermassen im nördlichen Atlantik sein, das für das späte Quartär vorgeschlagen wurde

The opening and closure of ocean gateways play an important role on the global ocean circulation and climate. About 5.33 Ma ago, the opening of the Gibraltar Gateway brought the Messinian Salinity Crisis (MSC) to its end through the connection between the Atlantic and the Mediterranean basins. Mediterranean-Atlantic exchange plays an important role in the present-day climate system. However, this exchange did not always happen as it does today, and little research has been done on the initial water mass exchange after the opening of the Strait of Gibraltar.The present dissertation is focused on the early stages of the Mediterranean-Atlantic exchange. The various studies herein included present a part of the research objectives of the Integrated Ocean Drilling Program (IODP) Expedition 339 “Mediterranean Outflow”. Sediment cores from IODP Hole U1387C reaching the Miocene Epoch were used to reconstruct the first signs of Mediterranean-Atlantic exchange which has been addressed from a micropaleontological point of view. Benthic foraminiferal assemblages across the Miocene-Pliocene boundary (5.33 Ma) indicated a poor oxygenated environment in the Gulf of Cadiz before the opening of the Gibraltar Strait. However, a change toward better ventilated bottom waters has been revealed by a shift on the composition of the benthic assemblage with increased abundances of foraminiferal species inhabiting warmer waters and/or high energetic settings. In addition, abundance patterns of foraminifera have been supported by geochemical data (e.g. Zr/Al, 18O). This multi-proxy approach revealed the first occurrence of Mediterranean-sourced water immediately after the opening of the Gibraltar Gateway, however, pointing to a very sluggish exchange.Some species from the foraminiferal group known as “elevated epifauna” that have been used as indicators of strong bottom currents and Mediterranean Outflow Water (MOW) in the present-day were encountered in samples with increased grain size sediments of the IODP Hole U1387C, which were also rich in shelf dwellers. This is a clear indication of downslope transport which results in a controversial issue. Stable isotope analyses (13C, 18O) performed on tests of the elevated epifaunal species Cibicides lobatulus, Cibicides refulgens and Planulina ariminensis, as well as on tests of shelf and deep-water taxa have been used to verify the origin of the elevated epifaunal species of our Pliocene samples and of recent samples of the western Iberian margin. Our results confirm the shallow origin of C. lobatulus and C. refulgens and their large bathymetric range, which finally calls for caution when certain species of the group are intended to be used to identify MOW. Conversely, P. ariminensis has demonstrated to be more restricted to deep environments and a more reliable indicator of bottom currents. In the late Pliocene (3.33-2.58 Myrs), the focus is put on surface waters highlighting the importance of the Atlantic inflow into the Mediterranean. In this case, planktonic 18O records allowed identifying isotopic gradients between both sides of the Strait of Gibraltar using IODP Hole U1389E from the Atlantic side and ODP Site 978 from the Mediterranean side. 18O gradients across the different glacial and interglacial periods show a different response of the Mediterranean-Atlantic balance revealing more restricted Mediterranean-Atlantic exchange during very warm and humid periods and a better connection across the Gibraltar Strait during very strong glacials due to aridification of the Mediterranean region. Those episodes of enhanced exchange during cold periods occurred at times of reduced North Atlantic Deep Water (NADW) formation and weaker Atlantic Overturning Circulation. Our records may thus represent the onset of a negative feedback mechanism between Gibraltar exchange rates and meridional overturning that has been suggested for the late Quaternary.