Karbonatdiagenese Vortrag von: Jennifer Ruschinski Sebastian Gropengießer Maria Meyer Maren Stefanak Sarah Apel Tom Kaltofen Christian Berner Modul: M.Geo.137, LV 2: Diagenese und Verwitterung Betreuung: Dr. István Dunkl Datum: 06.05.2015 Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Inhaltlicher Rahmen ¾ Einführung ¾ C02‐Kreislauf & Karbonatminerale ¾ Biogene Karbonate ¾ Diagenese • • • • Marine Diagenese Flachwasserdiagenese Evaporitdiagenese & Dolomitisierung Tiefendiagenese Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Unterscheidung zu Siliziklastika ¾ Tropische, marine Bedingungen ¾ Biogene Textur und Struktur ¾ Zusammensetzung = Ablagerungsbedingungen ¾ Meeresspiegeleinfluss ¾ Schwankende Porosität ¾ Diagenese • • Mariner Zement Starker Einfluss der frühen Diagenese Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Das CO2‐System Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Karbonatminerale ¾ Calcit (CaCO3) • • • Niedrig‐Mg‐Calcit (Calcit; LMC) mit < 4mol% Mg2+ Hoch‐Mg‐Calcit (Mg‐Calcit; HMC) mit ≥ 4mol% Mg2+ Bildungsmilieu: marin und nicht‐marin ¾ Aragonit (CaCO3) • Bildungsmilieu: marin, bei einem Verhältnis von Mg/Ca > 4 ¾ Dolomit (CaMg(CO3)2) • • • • Ca‐Dolomit: 52‐57 mol‐% CaCO3 Niedrig‐Fe‐Dolomit: < 5mol% FeCO3 Hoch‐Fe‐Dolomit: 5‐10mol% FeCO3 Bildungsmilieu: evaporitische Milieus (z.B. Playa‐See) Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Karbonatische Ablagerungsräume Abb.: Karbonatische Ablagerungsräume (Flügel 1982) Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Tierische Karbonatbildner ¾ Mollusken • • Zweiklappige: Aragonit und Calcit in Schale Gastropoden: Aragonit oder Calcit Abb.: Rechts: Liostrea Sp. in Posidonienschiefers aus Hondelage (Maria Meyer) Links: Fossilien aus Mistelgau (Nordbayerischer Kurier) Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Tierische Karbonatbildner ¾ Cephalopoden • Ammoniten (Aragonit), Belemniten (Calcit), Kalmare, Octopusse ¾ Brachiopoden, Echinodermen Abb.: Rechts: Echinodermen: hoch Mg‐reicher Calcit (Uni Hamburg) Links: Brachiopoden (Trilobita) Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Tierische Karbonatbildner ¾ Foraminiferen • • Bestehen aus Calcit, 2 Gruppen aus Aragonit Hauptbestandteil des Globigerinenschlammes Abb.: Foraminiferen (Wikimedia) Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Tierische Karbonatbildner ¾ Bryozoen (Moostierchen), Trilobiten (Dreilapper), Cirripedia (Rankenfußkrebse), Serpuildae (Kalkröhrenwürmer) • Hoher Mg‐Calcit oder Aragonit‐Gehalt Abb.: Auswahl an Fossilien (Links: Thüringer Geopark; Mitte: Mineralien‐Fossilien; Rechts: Seawater) Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Tierische Karbonatbildner ¾ Porifera (Schwämme) • • Bildung von Stromatoporen Kalkhaltige Strukturen Æ Kalkschlammbildung + Öl‐Reservoir Abb.: Rechts: Runzelkoralle (Palmuc) Links: Porifera (Porifera) Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Tierische Karbonatbildner ¾ Korallen • • Paläozoische Korallen (Calcit) Rezente: Scheidenwände aus faserigen Aragonitkristallen Æ Absonderung von kalkhaltigen Sekret aus Polypen Algen als Karbonatbildner ¾ Rotalgen • • Sondern Calcit ab Lithothammion und Porolithion Æ wichtigste Konstrukteure und Zementierer von Riffen Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Algen als Karbonatbildner ¾ Grünalgen • Sondern nadelige Aragonitkristalle ab Æ Kalkschlämme ¾ Coccolithophoriden • • Algenkörper bestehend aus Kalkplätchen (Coccolithen) Aus niedrigen Mg‐Calcit‐Gehalten Æ dominierende Karbonatanreicherung in Tiefenwasser (3500‐4500 m) Abb.: Coccoilithophorid (Mare) Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Bakterien als Karbonatbildner ¾ Cyanobakterien • Algen + Bakterien Æ Verkalkung, Karbonat‐Niederschlag Æ binden Sediment Æ Stromatolithen Abb.: Stromatholit (Stromatholiten) Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Bakterien als Karbonatbildner ¾ Cyanobakterien • Algen + Bakterien Æ Verkalkung, Karbonat‐Niederschlag Æ binden Sediment Æ Stromatolithen Æ Onkoide Æ Ooide Abb.: Links: Onkoide (Mineralienatlas), Rechts: Ooide (OoidSurface) Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Ursachen ¾ Änderung der CaCO3‐Sättigung des Meerwassers mit zunehmender Tiefe Æ Veränderung des CO2‐Partialdrucks ¾ Kinetische Energie im Oberflächen‐ wasser beeinflusst Æ Fluidfluss und CO2‐Ausgasungsrate ¾ Einfluss mariner Organismen auf CO2‐ Kreislauf Abb.: Sättigungszustand des Wassers (James and Choquette 1983) Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Mariner Zement Abb.: Unterschiedliche marine Zemente (Moore 1989) Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Diagenese im Flachwasserbereich (normal marin) Abb.: Flachwasserbereich im Querschnitt (Moore 1989) Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Diagenese im tiefmarinen Bereich (innerhalb und unterhalb der Thermokline) ¾ Offen marin • Entfernt vom karbonatischen Schelfrand und von Karbonatplattformen Æ Calzitische Plankton‐Kommunities erzeugen karbonatische Ablagerungen ¾ Auf Abyssal‐Ebenen • Ablagerung von Calzit dominierten pelagischen Sedimenten Æ Peri‐Plattform‐Schlamm Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Karbonate im Flachwasser Abb.: Lagune (Commissionoceanindien) Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Karbonatschlick Karbonatsande ¾ Physikalische oder biochemische Ausfällung ¾ Postmortale Auflösung kalkiger Algen ¾ Physikalischer oder biologischer Abrieb von Skelettmaterial/Schalen ¾ Karbonate verschiedener Mineralogien ¾ Verschiedene biogene Quellen ¾ Bildung durch Abrasion oder andere biol. Prozesse Abb.: Links: Karbonatschlick (Spessartit), Rechts: Karbonatsand (Ooidsurface) Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Prozesse der Porenwasserchemie ¾ Oxidation von Organik Æ CO2 Anstieg Æ Untersättigung Æ Lösung der Karbonate ¾ Sulfat‐Reduktion und Methan‐Oxidation Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Riffe ¾ Stark O2‐verarmte Porenwässer ¾ Geringe pH‐Werte ¾ Hohe Gehalte an gelöstem Methan, Ammonium, Silikat, Phosphat, Sulfid Abb.: Great Barrier Reef (Haz) Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Marginalmarine Evaporite ¾ Gips, Anhydrit, Halit, (Karbonat) ¾ Evaporitische Regime • • Subaerisch: Playa‐Lakes, Sabkha Subaquatisch: Lagunen, Becken ¾ Zuerst Bildung von Aragonit und Gypsum • Anreicherung von Mg (auch in Porenfluiden) Abb.: Modelle zu evaporitischen Regimen (Lexikon der Geowissenschaften 2001) Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Dolomitisierung Hypersaline, evaporative Umgebung Mikrobielle Dolomitisierung Dichteunterschied in der Hydrodynamik Auslösen von Karbonat Naturräumliche Einordnung Relief Mg‐haltige Fluidmigration Änderung Reservoirqualität Dolomitisierung Volumenänderung sowie Karbonat schert ab Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Tiefendiagenese Auflast Hitze Abb.: Porenfluide (Geändert nach Moore 1989) Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Prozesse ¾ Mechanische Kompaktion ¾ Chemische Kompaktion Æ Drucklösung ¾ Zementation Æ Eintrag durch Porenfluide Abb.: Hypothetische Porosität‐Tiefe‐Kurve (Choquette und James 1987) Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit! Literatur Moore, C. H.(1989): Carbonate Diagenesis And Porosity, Developments in Sedimentology. Vol.46, 1f, 46ff, 75ff. Moore, C. H.(2005): Carbonate Diagenesis and Porosity. Elsevier‐Verlag. Basin Research Institute, Louisana State University LA, USA. In: Developments in Sedimentology 46. S:12‐15. Rothe, P. (2002): Gesteine: Entstehung‐Zerstörung‐Umbildung. Wissenschaftliche Buchgesellschaft Damstadt, 71ff, 98ff. Arp, G. (2012): Gesteinsbildende Organismen und karbonatische Ablagerungsräume – Vorlesungsskript. Flügel, E. (1982): Microfacies Analysis of Limestones – 633 S. ,Berlin (Springer). Wörner, G. (2010): Vorlesungsskript zu System Erde 1. Choquette, W., James, P. (1987): Diagenesis #12. Diagenesis in Limestones ‐ 3. The Deep Burial Environment. In: Geoscience Canada. Zentmyer R. A., et al. (2011): Dolomitization on an evaporitic Paleoproterozoic ramp: Widespread synsedimentary dolomite in the Denault Formation, Labrador Trough, Canada. Sedimentery Geology 238, 116‐131. Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit Abbildungsverzeichnis Nordbayerischer Kurier: http://www.nordbayerischer‐kurier.de/nachrichten/fossilien‐machen‐mistelgau‐weltbekannt_191704 Trilobita: http://www.trilobita.de/gallery/others/burmir1/decorata1.jpg Uni Hamburg: http://www.uni‐hamburg.de/onTEAM/ grafik/1239956858/Echinodermen.jpg Wikimedia: upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/44/Foraminif%C3%A8res_de_Ngapali.jpg Thüringer Geopark: http://www.thueringer‐geopark.de/de_login/wp‐content/gallery/fossilien/bryo_003.jpg Mineralien‐Fossilien: mineralien‐fossilien.com/images/product_ images/original_images/trilobit_ russland_ 244_0.jpg Seawater: http://www.seawater.no/fauna/arthropoda/images/CRW_5597.jpg Porifera: http://porifera.com/wp‐content/uploads/2013/02/iStock_000000708012_Small.jpg Palmuc: http://www.palmuc.de/bspg/images/stories/FOS/2013/runzelkoralle_april_2013.jpg Mare: http://www.mare.de/files/82_geisen_ma_4.jpg Stromatholiten: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1b/Stromatolites_in_Sharkbay.jpg Onkoide: https://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Onkoid OoidSurface: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/cd/OoidSurface01.jpg Commissionoceanindien : http://www.commissionoceanindien.org/archives/environment.ioconline.org/typo3temp/pics/7a2c7ec875.jpg Haz: http://www.haz.de/var/storage/images/haz/nachrichten/wissen/uebersicht/great‐barrier‐riff‐braucht‐mehr‐schutz/21595955‐1‐ger‐DE/Great‐Barrier‐Riff‐braucht‐mehr‐Schutz_ArtikelQuer.jpg Lexikon der Geowissenschaften (2001): http://mars.geographie.uni‐halle.de/mlucampus/geoglossar/glossar_img/Dolmitisierung.jpg Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit
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