Modern, equatorial carbonates from Kepulauan Seribu, Indonesia : facies, isotope geochemistry, and microplastic as a sedimentary component

Utami, Dwi Amanda; Kukla, Peter (Thesis advisor); Pfeiffer, Miriam (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021

Kurzfassung

Karbonate in der feuchten äquatorialen Zone weisen Merkmale auf, die sie von ihren subtropischen Gegenstücken unterscheiden, und sollten daher als eigenständiges Ablagerungssystem erneut untersucht werden. Es ist auch bekannt, dass äquatoriale Karbonate einige Gemeinsamkeiten mit Kaltwassersystemen aufweisen, die die Unterscheidung zwischen nicht-tropischen und äquatorialen Karbonaten erschweren können. Kepulauan Seribu ist ein isolierter Flecken-Riffkomplex in der Javasee (Indonesien) und ist ein typisches Beispiel für ein feuchtes, äquatoriales Karbonatsystem. In jüngster Zeit wurde über Verschmutzung durch Mikroplastik aus Korallenriffsystemen im kompletten tropischen Bereich berichtet, darunter auch aus Indonesien, das als zweitgrößter Emittent schlecht gemanagter Kunststoffabfälle im Ozean bekannt ist. Die Exposition gegenüber Mikroplastik hat negative Auswirkungen auf die Gesundheit der Korallen, die langfristig ihre Fähigkeit bedrohen, als Gerüstbildner in Korallenriffsystemen zu wirken. Ziel dieser Studie ist es, die Prozesse zu untersuchen, die die Verteilung der Sediment- und Umweltfazies des modernen Karbonats in Kepulauan Seribu kontrollieren. Die Studie evaluiert ferner die Unterschiede zwischen feuchten äquatorialen Karbonaten und anderen Karbonatsystemen, wobei die Isotopengeochemie in Kombination mit RDS- und REM-Analysen verwendet wird. Zusätzlich analysiert die Studie die Kontrollprozesse für die Dispersion und Akkumulation von Mikroplastik in Riffsedimenten. Oberflächensedimente von den Riffplattformen von Pramuka, Panggang und Semak Daun im Kepulauan-Seribu-Komplex dienten als Grundlage dieser Studie. Statistische Analysen auf der Grundlage von Textur und Zusammensetzung zeigen, dass es vier sedimentäre Fazies gibt: coral grainstone, coral packstone/grainstone, coral-mollusc packstone, and mollusc wackestone. Das Vorkommen von mollusc wackestone in der Lagune wird durch die Wassertiefe kontrolliert, während Sandflächen und die Rifffront keine signifikante Faziestrennung mit der Wassertiefe zeigen. Das Zusammentreffen dieser verschiedenen Fazies im gleichen Tiefenfenster widerspricht der allgemeinen Auffassung, dass Veränderungen in der Bathymetrie sich in Veränderungen der Fazies widerspiegeln sollten. Eine von Satellitendaten abgeleitete Karte der Umweltfazies, die durch einen Bildanalyse-Algorithmus erstellt wurde, zeigt, dass die Verteilung der Umweltfazies hauptsächlich durch die Wassertiefe, die Dichte der Seegrasbedeckung und den Korallenreichtum gesteuert wird. Die Sandfläche kann in drei Umweltfazies mit keiner, spärlicher und dichter Seegrasbedeckung unterteilt werden. Die tiefere Wasserzone kann in flache und tiefe subtidale Teile von Lagunen und Plattformrändern unterteilt werden. In der Lagune korreliert die von Satelliten abgeleitete Umweltfazies direkt mit der sedimentären Fazies. In Sandflächen war aufgrund der Heterogenität und Komplexität der Umwelt keine direkte Korrelation der Umweltfazies mit der sedimentären Fazies möglich. Allerdings ist die mittlere Sedimentkorngröße in Bereichen der Sandflächen, die von dichtem Seegras besiedelt sind, deutlich geringer. Eine charakteristische Eigenschaft von Flachwassersedimenten (<20 m) aus Kepulauan Seribu ist ihr erhöhter Gehalt (~10%) an niedrig Mg Kalzit (LMC), der von einigen Gattungen rotaliider Foraminiferen und Muscheln stammt. Die relative Häufigkeit dieser Faunenelemente im seichten Wasser könnte mit zumindest vorübergehenden trüben Bedingungen zusammenhängen, die durch sedimentbelasteten Flusseintrag verursacht werden. Dieser Einfluss wird auch durch das Vorhandensein geringer Mengen an siliziklastischen Mineralien unterhalb der regionalen Wellenbasis belegt. Karbonate aus Kepulauan Seribu zeichnen sich durch sehr niedrige δ13C und δ18O Werte aus. Dies hängt mit dem Flusseintrag zusammen. Der Wert von δ13CDIC im Flusswasser wird durch den Beitrag von 12C aus Ufer-Mangroven reduziert. Die niedrige δ13C Signatur in den Karbonaten wird durch das Fehlen von Grünalgen und anorganischen Karbonaten und den hohen Anteil an Korallenschutt noch verstärkt. Niedrige δ18O Werte in Karbonaten werden durch die hohen Wassertemperaturen in der äquatorialen Umgebung begünstigt. Tiefe atmosphärische Konvektion und intensive Regenfälle tragen weiter dazu bei, dass der Niederschlag in den Flusseinzugsgebieten niedrige δ18O Werte aufweist. Da äquatoriale Karbonate in Südostasien, einschließlich der Javasee, typischerweise durch hohe Trübung und/oder Flusseintrag beeinflusst werden, sind die beobachteten ausgesprochen niedrigen Isotopenwerte wahrscheinlich charakteristisch für äquatoriale Karbonatsysteme in der Region. Mikroplastik-Partikel sind als sedimentäre Komponente in Kepulauan Seribu vorhanden. Die Mikroplastik-Partikel wurden mittels Dichteflotation konzentriert und durch Licht- und Rasterelektronenmikroskopie charakterisiert. Einige Partikel wurden mittels Mikro-Fourier-Transformations-Infrarotspektroskopie (µFT-IR) als Polypropylen identifiziert. Phthalate, ein gebräuchliches Plastikadditiv, wurde auf der Oberfläche von Mikroplastikpartikeln nachgewiesen, was zeigt, dass Verunreinigungen, die mit Mikroplastiken assoziiert sind, nach der Aufnahme für Korallen bioverfügbar werden könnten. Alle zurückgewonnenen Mikroplastikteile wurden als sekundäre Mikroplastikteile klassifiziert, die wahrscheinlich aus marinen und lokalen Quellen stammen, wobei Fasern am häufigsten vorkommenden. Mikroplastik-Partikel zeigen ein ähnliches Transport- und Akkumulationsverhalten wie feine silikatische Körner. Die Häufigkeit von Mikroplastik wird durch die Nähe zum Quellgebiet von größeren Kunststofffragmenten und hydrodynamischen Prozessen gesteuert. Mikroplastik findet sich nicht nur in Ablagerungsbereichen mit niedriger, sondern auch mit hoher Energie, wie z.B. den Riffkamm. Prozesse, die zur Akkumulation in Riffsedimenten beitragen, sind Biofouling, Verzahnung und die Bildung von Verbundkörnern. Mikroplastik-Partikel sind in Sedimenten in der Nähe des Meeresbodens (0-3,5 cm), aber auch in einer Tiefe zwischen 3,5 und 7 cm vorhanden. Es ist unwahrscheinlich, dass Mikroplastikpartikel unterhalb von 3,5 cm während modalen Wetterbedingungen in den untersuchten äquatorialen Riffen remobilisiert werden. Daher können Mikroplastikpartikel in subtidalen Riffumgebungen aus der äquatorialen Zone ein guter praktischer Indikator für Schichten des Anthropozän sein.

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