Pliocene to Recent development of carbonate systems from the central and southern Indian Ocean (Maldives and West Australian Shelf) : primary cycles versus diagenetic influence

Aachen (2020) [Doktorarbeit]

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Kurzfassung

Zyklische Veränderungen der Umweltbedingungen können in den Sedimenten durch Variationen in ihrer Geochemie oder Mineralogie erfasst werden. Allerdings spielen Diageneseprozesse im Sediment eine wichtige Rolle bei der Veränderung dieser Zyklen; entweder werden sie modifiziert oder es entsteht ein neuer Zyklus. Paläoozeanographische Proxies wie δ18O oder Mg/Ca-Verhältnisse in Foraminiferen werden oft verwendet, um paläoozeanographische Variationen zu rekonstruieren oder um Altersmodelle mit orbitaler Auflösung zu erstellen. Beide Proxies sind anfällig für diagenetische Veränderungen. Dies ist noch offensichtlicher für stabile Sauerstoff- und Kohlenstoffisotopenwerte von Gesteinsproben, die direkt von der variablen Karbonatmineralogie und den diagenetischen Phasen beeinflusst werden. Diese diagenetischen Veränderungen können möglicherweise die primäre Beziehung zwischen der Änderung des Meeresspiegels und seiner sedimentären Reaktion verschleiern. Eine intensivere diagenetische Veränderung kann sogar zu einer vollständigen Umkehrung des ursprünglichen Isotopensignals führen. Es ist daher sehr wichtig, Proxies zu verwenden, die gegen diagenetische Karbonatprozesse inert sind, wie z.B. organische Biomarker. Die quantitative Analyse von kalzitischen Foraminiferen-Vergesellschaftungen ist ein weiteres hervorragendes Instrument, um primäre Umweltveränderungen auf orbitalen Zeitskalen zu erfassen. Die Schalenerhaltung von Pteropoden der Art Heliconoides inflatus (Synonym: Limacina inflata) kann verwendet werden, um Aragonitlösung im Sediment während der frühen Diagenese an Orten weit oberhalb der Aragonitlysokline zu rekonstruieren. Die Verwendung dieser Methoden kann helfen, Probleme zu lösen, die die Interpretation geochemischer Proxy-Datensätze erschweren, und die Wissenslücken in früheren Studien bezüglich des Ursprung zyklischer Karbonatabfolgen zu schließen. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf die Entwicklung von zwei unterschiedlichen Karbonatplattformen aus dem zentralen und südlichen Indischen Ozean (ODP Leg 115, Site 716, Malediven und IODP Leg 356, Site U1460, Südwest Schelf von Australien). Am ODP-Site 716 (Malediven), hat sich Chlorin, ein Abbauprodukt von Chlorophyll-a und ein potenzieller Anzeiger für die Primärproduktivität, als ein Indikator für Paläoklima-Schwankungen erwiesen. Allerdings wird die Interpretation von Chlorin durch Variationen der Sedimentationsrate erschwert. Um zu bestätigen, dass Chlorin ein Proxy für die Primärproduktivität ist, und um die kontrollierenden Faktoren der Primärproduktivität im zentralen Indischen Ozean in Zeiten globaler Erwärmung besser zu verstehen, wurde eine quantitative Analyse der planktischen Foraminiferen-Vergesellschaftungen auf orbitalen Zeitskalen in einem Früh-Pliozänen Zeitfenster durchgeführt. Die Cross-Wavelet-Analyse belegt die phasengleiche Beziehung zwischen der Häufigkeit der Thermoklinenarten und dem Chlorin. Dies weist darauf hin, dass eine Verflachung der Thermokline zu mehr Auftrieb führt. Die phasenverschobene Beziehung zwischen der Häufigkeit der Thermoklinen-Arten und dem Aragonit-Gehalt zeigt, dass die Produktivität während niedriger Meeresspiegelstände höher war. An IODP-Site U1460 (SW Schelf von Australien), die am Übergang von der äußeren Rampe zum oberen Hang der Karbonatplattform liegt, treten häufig Kotpillen auf. Es ist bekannt, dass sich gehärtete Kotpillen häufig in flachen, tropischen Meeresbereichen bilden. Die in dieser Arbeit vorgestellten Daten zeigen jedoch von Hilfe der Modalanalyse und Rasterelektronenmikroskopie, dass sich die Kotpillen auch in situ in tieferen Ablagerungsbereichen bilden können. Sie treten häufiger während des Interglazials auf, wenn die Site unterhalb der Wellenbasis des Seegangs liegt. Für die Aushärtung der Pellets und ihre Erhaltung ist die Zementierung durch Calcit, Dolomit und Pyrit von Bedeutung. Dieser Prozess wird erst durch eine von bakterielle Sulfatreduktion angetriebene Aragonitlösung im flachen Untergrund ermöglicht. Karbonatsysteme auf mittleren und hohen Breiten bieten wichtige moderne Analoge für Karbonatablagerungen aus dem Paläozoikum. Die Entwicklung von Karbonatsystemen der gemäßigten Zonen über glazial-interglaziale Zeitskalen wird jedoch kontrovers diskutiert, und es gibt kein allgemein akzeptiertes Modell. Die mittelpleistozäne bis holozäne Abfolge am IODP-Site U1460 ist geprägt von durch den Meeresspiegel gesteuerte Sedimentzyklen. Die primären mineralogischen Unterschiede in den Sedimentationszyklen werden durch intensivere diagenetische Veränderungen in den Interglazialen modifiziert. Um den Einfluss primär sedimentärer gegenüber diagenetischer Faktoren auf die Sedimentzusammensetzung zu bewerten, wird eine Kombination aus Kernanalyse und Porenwassergeochemie verwendet. Mit Hilfe von TEX86 als unabhängigen Proxy für Meeresoberflächentemperatur kann gezeigt werden, dass das Primärsignal in den Sauerstoffisotopenverhältnissen in den untersuchten Kernen erhalten bleibt und für paläoklimatische Rekonstruktionen mit größerer Sicherheit verwendet werden kann. Ein Vergleich des Porenwasserprofils mit Kerndaten wie XRD-Mineralogie, REM-Beobachtungen, Korngrößenanalyse und Schalenerhalt des aragonitischen Pteropoden Heliconoides inflatus zeigt, dass eine signifikante Aragonitlösung nahe des Meeresbodens beginnt und dass das Ausmaß der Auflösung aufgrund glazialer bis interglazialer Schwankungen der Konzentrationen an organischen Substanzen (Alkenonen) variiert. Insgesamt liefert die Studie über die Malediven (ODP Site 716) den ersten Proxy-Datensatz, der in der Lage ist, präzessionsbedingte Veränderungen der Produktivität im zentralen Indischen Ozean während des frühen Pliozäns aufzulösen. Sie gibt Einblick in die Klimamechanismen, die die Schwankungen der Primärproduktivität auf dem Prozessionsband im zentralen äquatorialen Indischen Ozean während des frühen Pliozäns kontrollieren (Kapitel 2). Die Studie über die subtropische Karbonatrampe vor Westaustralien (IODP Site U1460) dokumentiert das Vorkommen von Kotpillen in tiefem Wasser und subtropischer Umgebung (Kapitel 3) und bewertet den primären sedimentären versus diagenetischen Einfluss auf die sedimentäre Abfolge (Kapitel 4).

Autorinnen und Autoren

Autorinnen und Autoren

Deik, Hanaa

Gutachterinnen und Gutachter

Back, Stefan
Dullo, Wolf-Christian

Identifikationsnummern

  • REPORT NUMBER: RWTH-2020-06095

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