KarbonatdiageneseVortrag von:
Jennifer RuschinskiSebastian Gropengießer
Maria MeyerMaren Stefanak
Sarah ApelTom Kaltofen
Christian Berner
Modul: M.Geo.137, LV 2: Diagenese und VerwitterungBetreuung: Dr. István Dunkl
Datum: 06.05.2015
Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit
Einführung
C02‐Kreislauf & Karbonatminerale
Biogene Karbonate
Diagenese• Marine Diagenese• Flachwasserdiagenese• Evaporitdiagenese & Dolomitisierung• Tiefendiagenese
Naturräumliche Einordnung Relief Boden Klima Bodennutzung Vergleich Fazit
Inhaltlicher Rahmen
Unterscheidung zu SiliziklastikaTropische, marine Bedingungen
Biogene Textur und Struktur
Zusammensetzung = Ablagerungsbedingungen
Meeresspiegeleinfluss
Schwankende Porosität
Diagenese• Mariner Zement• Starker Einfluss der frühen Diagenese
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Das CO2‐System
Calcit (CaCO3)• Niedrig‐Mg‐Calcit (Calcit; LMC) mit < 4mol% Mg2+
• Hoch‐Mg‐Calcit (Mg‐Calcit; HMC) mit ≥ 4mol% Mg2+• Bildungsmilieu: marin und nicht‐marin
Aragonit (CaCO3)• Bildungsmilieu: marin, bei einem Verhältnis von Mg/Ca > 4
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)
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Karbonatminerale
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Karbonatische Ablagerungsräume
Abb.: Karbonatische Ablagerungsräume (Flügel 1982)
Mollusken• Zweiklappige: Aragonit und Calcit in Schale• Gastropoden: Aragonit oder Calcit
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Tierische Karbonatbildner
Abb.: Rechts: Liostrea Sp. in Posidonienschiefers aus Hondelage (Maria Meyer)Links: Fossilien aus Mistelgau (Nordbayerischer Kurier)
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Cephalopoden• Ammoniten (Aragonit), Belemniten (Calcit), Kalmare, Octopusse
Brachiopoden, Echinodermen
Abb.: Rechts: Echinodermen: hoch Mg‐reicher Calcit (Uni Hamburg)Links: Brachiopoden (Trilobita)
Tierische Karbonatbildner
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Foraminiferen• Bestehen aus Calcit, 2 Gruppen aus Aragonit• Hauptbestandteil des Globigerinenschlammes
Abb.: Foraminiferen (Wikimedia)
Tierische Karbonatbildner
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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)
Tierische Karbonatbildner
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Porifera (Schwämme)• Bildung von Stromatoporen• Kalkhaltige Strukturen Kalkschlammbildung + Öl‐Reservoir
Abb.: Rechts: Runzelkoralle (Palmuc)Links: Porifera (Porifera)
Tierische Karbonatbildner
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Korallen• Paläozoische Korallen (Calcit)• Rezente: Scheidenwände aus faserigen Aragonitkristallen
Absonderung von kalkhaltigen Sekret aus Polypen
Tierische Karbonatbildner
Algen als KarbonatbildnerRotalgen
• Sondern Calcit ab• Lithothammion und Porolithion
wichtigste Konstrukteure und Zementierer von Riffen
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Grünalgen• Sondern nadelige Aragonitkristalle ab Kalkschlämme
Coccolithophoriden• Algenkörper bestehend aus Kalkplätchen (Coccolithen)• Aus niedrigen Mg‐Calcit‐Gehalten
dominierende Karbonatanreicherung in Tiefenwasser (3500‐4500 m)
Algen als Karbonatbildner
Abb.: Coccoilithophorid (Mare)
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Cyanobakterien• Algen + Bakterien
Verkalkung, Karbonat‐Niederschlagbinden SedimentStromatolithen
Abb.: Stromatholit (Stromatholiten)
Bakterien als Karbonatbildner
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Cyanobakterien• Algen + Bakterien
Verkalkung, Karbonat‐Niederschlagbinden SedimentStromatolithenOnkoide Ooide
Abb.: Links: Onkoide (Mineralienatlas), Rechts: Ooide (OoidSurface)
Bakterien als Karbonatbildner
Änderung der CaCO3‐Sättigung des Meerwassers mit zunehmender Tiefe
Veränderung des CO2‐Partialdrucks
Kinetische Energie im Oberflächen‐wasser beeinflusst
Fluidfluss und CO2‐Ausgasungsrate
Einfluss mariner Organismen auf CO2‐Kreislauf
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Abb.: Sättigungszustand des Wassers (James and Choquette 1983)
Ursachen
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Mariner Zement
Abb.: Unterschiedliche marine Zemente (Moore 1989)
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Diagenese im Flachwasserbereich(normal marin)
Abb.: Flachwasserbereich im Querschnitt (Moore 1989)
Offen marin• Entfernt vom karbonatischen Schelfrand und von Karbonatplattformen
Calzitische Plankton‐Kommunities erzeugen karbonatische Ablagerungen
Auf Abyssal‐Ebenen• Ablagerung von Calzit dominierten pelagischen Sedimenten
Peri‐Plattform‐Schlamm
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Diagenese im tiefmarinen Bereich(innerhalb und unterhalb der Thermokline)
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Abb.: Lagune (Commissionoceanindien)
Karbonate im Flachwasser
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Karbonatschlick KarbonatsandePhysikalische oder biochemische AusfällungPostmortale Auflösung kalkiger AlgenPhysikalischer oder biologischerAbrieb von Skelettmaterial/Schalen
Karbonate verschiedener MineralogienVerschiedene biogene QuellenBildung durch Abrasionoder andere biol. Prozesse
Abb.: Links: Karbonatschlick (Spessartit), Rechts: Karbonatsand (Ooidsurface)
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Prozesse der PorenwasserchemieOxidation von Organik
CO2 AnstiegUntersättigungLösung der Karbonate
Sulfat‐Reduktion und Methan‐Oxidation
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RiffeStark O2‐verarmte Porenwässer
Geringe pH‐Werte
Hohe Gehalte an gelöstemMethan, Ammonium, Silikat,Phosphat, Sulfid
Abb.: Great Barrier Reef (Haz)
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Marginalmarine EvaporiteGips, Anhydrit, Halit, (Karbonat)
Evaporitische Regime• Subaerisch: Playa‐Lakes, Sabkha• Subaquatisch: Lagunen, Becken
Zuerst Bildung von Aragonit und Gypsum• Anreicherung von Mg (auch in Porenfluiden)
Abb.: Modelle zu evaporitischen Regimen (Lexikon der Geowissenschaften 2001)
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DolomitisierungHypersaline, evaporative
Umgebung
Dichteunterschied in der Hydrodynamik
Mg‐haltige Fluidmigration
DolomitisierungAuslösen von Karbonat Volumenänderung sowie Karbonat schert ab
Änderung Reservoirqualität
Mikrobielle Dolomitisierung
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Abb.: Porenfluide (Geändert nach Moore 1989)
Auflast
Hitze
Tiefendiagenese
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Abb.: Hypothetische Porosität‐Tiefe‐Kurve (Choquette und James 1987)
ProzesseMechanische Kompaktion
Chemische Kompaktion Drucklösung
ZementationEintrag durch Porenfluide
Vielen Dank für eure Aufmerksamkeit!
LiteraturMoore, 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
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AbbildungsverzeichnisNordbayerischer 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