Bunte, Almut (2009) - Universität Oldenburg

Bunte, Almut (2009):
Geochemische
Signaturen
von
Schwarzschiefer-Ablagerungen
des
Ozeanischen Anoxischen Ereignisses 2 (Cenoman/Turon) im tropischen
Atlantik (Demerara Rise, ODP Leg 207) und Norddeutschland (Wunstorf).
Dissertation, Carl von Ossietzky Universität Oldenburg.
Kurzfassung
Während der mittleren Kreidezeit kommt es zu bestimmten Zeiten mehrfach zur
Ablagerung Organik-reicher Schwarzschiefer. Man geht davon aus, dass die
vermehrte Einlagerung von organischem Kohlenstoff (Corg) in Meeressedimenten
während der so genannten Ozeanischen Anoxischen Ereignisse (OAEs) entweder
aus erhöhter Primärproduktion oder aus verstärkter Erhaltung organischem Materials
unter anoxischen Bedingungen resultiert. Das Cenoman-Turon-Grenzereignis (CTBE
= OAE 2; ca. 93,5 Ma) ist eines der ausgeprägtesten Beispiele eines globalen
ozeanischen anoxischen Ereignisses. Unter sauerstoffarmen Bedingungen werden
redoxsensitive
oder
stabile
Sulfide
bildende
Spurenelemente
im
Sediment
angereichert. Deshalb ist das CTBE durch ein spezifisches Verteilungsmuster von
diagnostischen
Spurmetallen
Analogbeispielen
Corg-reicher
charakterisiert.
Untersuchungen
Sedimentation
zeigen
an
rezenten
unterschiedliche
Verteilungsmuster im Vergleich zur C/T-Grenze. Es wird deshalb angenommen, dass
Spurenmetalle
nützliche
Informationen
zur
Rekonstruktion
von
Paläoumweltbedingungen liefern.
Diese Studie präsentiert eine anorganisch-geochemische Untersuchung von OAE 2Sedimentabfolgen zweier unterschiedlicher paläogeografischer Standorte, an denen
sich daher auch die Schwarzschiefer-Ablagerung lithologisch unterschiedlich
ausdrückt. Im Rahmen von ODP Leg 207 wurden auf dem Demerara Rise vor
Surinam, Südamerika, mächtige Sedimentabfolgen der Kreidezeit aus geringer Tiefe
erbohrt. Anhaltende Bodenwasser-Anoxia während des Cenoman/Turon Übergangs
führten hier zur idealen Erhaltung primärer Signale ohne Überprägung durch
Bodenwasserbelüftung. Daher sind diese Sedimente hervorragend geeignet,
Verteilungsmuster
von
Spurenmetallen
für
Paläoumwelt-Rekonstruktionen
anzuwenden. Nahe Wunstorf (Norddeutschland) wurde 2006 ein durchgehender, 76
m langer Kern erbohrt, der Sedimente des mittleren Cenoman bis mittleren Turon
umfasst. Das Gebiet um Wunstorf bildet das Becken eines Randmeeres, das
während der Cenoman-Transgression als Teil des erweiterten epikontinentalen
Schelfs gebildet wurde. Das CTBE drückt sich in einer 26,5 m mächtigen zyklischen
Wechsellagerung von laminierten Schwarzschiefern, dunklen Corg-reichen Mergeln
und mergeligen Kalken aus.
Zur Untersuchung der Sedimentationsentwicklung des Demerara Rise wurden
zunächst
geochemische
Daten
von
Sediment-Presslingen
(Rückstände
der
Porenwassergewinnung) verwendet, um die fünf lithologischen Einheiten der
während ODP Leg 207 erbohrten Sedimentabfolge von der Kreide bis zum Paläogen
geochemisch zu charakterisieren.
Sedimente bestehen aus variablen Mischungen von biogenem Karbonat und
terrigenem Detritus. Die lithologischen Einheiten II-IV zeigen hohe Karbonat-Gehalte,
wohingegen die Einheiten I und V durch terrigenen Detritus dominiert werden. Die
Kreide-Schwarzschiefer der Einheit IV sind klar an redoxsensitiven und stabile
Sulfide bildenden Elementen angereichert, wodurch hohe Paläoproduktivität und ein
deutliches Sauerstoff-Defizit in der Wassersäule angezeigt werden. Die Analyse von
Eisen- und Schwefel-Spezies deutet auf euxinische Bedingungen während der
Schwarzschieferablagerung hin. Hohe Gehalte von organisch gebundenem Schwefel
zeigen, dass das organische Material - zusätzlich zur Fixierung des Sulfids mit Eisen
- als bedeutende Schwefel-Senke während der frühen Diagenese wirkte.
Hochaufgelöste
Profile
von
Haupt-
und
Spurenelementen
wurden
für
die
Schwarzschieferfolgen von ODP Leg 207 an den Bohrlokationen 1258 und 1260
gewonnen. Verteilungsmuster von Spurenelement-Anreicherungen sowie Eisen- und
Schwefelspezifikationen und stabile Schwefel-Isotopen-Daten wurden genutzt, um
Änderungen der Redox-Bedingungen des Ablagerungsmilieus während OAE 2
anzuzeigen. Die Existenz einer ausgedehnten Sauerstoff-Minimum-Zone (OMZ) wird
durch äußerst niedrige Mn/Al-Verhältnisse dokumentiert. Erhöhte Fe/Al- und Co/AlWerte während des Cenoman/Turon zeigen euxinische Bedingungen an, erfordern
aber zur gleichen Zeit das Vorhandensein einer Zone, in der reduzierende, jedoch
nicht sulfidische Bedingungen herrschen, um eine reduktive Mobilisierung von Fe
and Co in sauerstoffarmen, küstennahen Sedimenten zu ermöglichen. Hohe
Verhältnisse von reaktivem Eisen zu Gesamteisen zeigen Pyrit-Bildung sowohl in der
Wassersäule als auch innerhalb des Sedimentes an, wodurch zumindest zeitweise
das Vorhandensein von freiem gelöstem Sulfid in der Wassersäule bestätigt wird.
Diese Ergebnisse stimmen mit organisch-geochemischen Untersuchungen überein.
Äußerst hohe Konzentrationen von Derivaten von Isorenieraten und Chlorobacten,
fossile Pigmente Grüner Schwefel-Bakterien, zeigen an, dass während OAE 2
zumindest gelegentlich euxinische Bedingungen in der photischen Zone herrschten.
Obwohl die C/T-Schwarzschiefer des Demerara Rise deutlich an redoxsensitiven und
Sulfide bildenden Spurenmetallen angereichert sind, ist während des OAE 2 ein
Rückgang der Anreicherung von aus dem Meerwasser stammenden Elementen, wie
Mo,
V
und
Zn,
Umweltbedingungen
sichtbar.
Da
signifikante
suboxische
oder
sogar
Spurenmetall-Senken
euxinische
darstellen,
Paläo-
hat
die
Ausdehnung euxinischer Ablagerungsgebiete mit dem globalen Einsetzen der
Ablagerung von Schwarzschiefern während OAE 2 höchstwahrscheinlich zu einer
Absenkung des Metall-Vorrats im Meerwasser geführt. Metall/TOC Verhältnisse in
Sedimenten des OAE 2 sind viel niedriger als in Sedimenten, die zuvor oder danach
abgelagert wurden und deren Werte anderer C/T-Schwarzschiefer ähneln. Dies weist
auf eine Entkopplung von Spurenmetall-Anreicherung und TOC-Ablagerung aufgrund
verringerter Metall-Konzentrationen im Meerwasser hin.
Auch heute andauernde Diagenese in Kreide-Schwarzschiefern des Demerara Rise
wird durch Porenwasserdaten angezeigt. Barium Anreicherungen in Sedimenten
oberhalb der Schwarzschieferlagen zeigen eine frühere diagenetische Mobilisierung
von Baryt aus tieferen Sedimentschichten. Ein Reaktions-Transport-Modell wurde
verwendet, um die langzeitige Entwicklung des anaeroben Abbaus des organischen
Materials in den Kreide-Schwarzschiefern des Demerara Rise abzuleiten, basierend
auf heutigen Porenwasser- und authigenen Baryt-Profilen.
Hochaufgelöste Untersuchungen der Haupt- und Spurenelemente wurden an der
Cenoman-Turon-Sedimentationsabfolge
von
Wunstorf
durchgeführt.
Sieben
Schwarzschiefer-Pakete mit jeweils mehreren einzelnen Schwarzschiefer-Lagen
wurden anhand der TOC-Werte definiert. Verteilungsmuster von Schwefel, Eisen und
redoxsensitiven und Sulfide bildenden Spurenmetallen zeigen suboxische bis
anoxische Bedingungen an der Sediment-Wasser-Grenzschicht. Da Schwankungen
in den Element/Al-Verhältnissen den von Voigt et al. (2008) ermittelten zyklischen
Mustern folgen, werden klimatisch induzierte Veränderungen im Sedimenteintrag
postuliert. Verringerte vertikale Durchmischung führte zu einer Stabilisierung der
Wassersäulenschichtung, wodurch die Ablagerung von Schwarzschiefern verursacht
wurde.

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