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FU Berlin
Digitale Dissertation

Andreas Hübner :
Geochemische und mineralogische Untersuchung von Sedimenten aus dem Bereich des anoxischen, hypersalinen Urania-Beckens (östliches Mittelmeer) zur Charakterisierung von mariner Sedimentation unter extremen Bedingungen
Geochemical and mineralogical investigation of sediments from the anoxic, hypersaline Urania basin (eastern Mediterranean) to characterize marine sedimentation under extreme conditions

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|Zusammenfassung| |Inhaltsverzeichnis| |Ergänzende Angaben|

Zusammenfassung

Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung der Sedimentation unter hypersalin-anoxischen Bedingungen und die Beschreibung der damit zusammenhängenden geochemischen Prozesse. Dafür standen 2 Sedimentkerne zur Verfügung, die im anoxisch-hypersalinen Urania-Beckens (östliches Mittelmeer) gewonnen wurden. Desweiteren wurden Sapropele aus der Nähe des Beckens in Bezug auf ihre diagenetische Veränderung hin untersucht und mit den anoxischen Schlämmen des Urania-Beckens verglichen. Ein Hauptbestandteil der Sedimente des Urania-Beckens ist mit 6,5-18,9 Gew.% elementarer Schwefel (Selem). Das aus messinischen Evaporiten freigesetzte Sulfat wird durch bakterielle Aktivität zu gelöstem Sulfid reduziert. Dabei dient neben organischem Kohlenstoff (Corg) vor allem Methan als Reaktionspartner. An der Chemokline der Urania-Becken Brine wird ein Grossteil des Sulfids zu Selem oxidiert und sedimentiert am Beckenboden ab. Ein sehr geringer Teil des Sulfids bildet Pyrit (~1 Gew.%). Die S-Isotopenverteilung von Selem und Pyrit ähnelt sich und zeigt mit delta34S-Werten zwischen -2 und -11 Promille deutliche Unterschiede zu Werten von Pyriten, die z.B. in Sapropelen des östlichen Mittelmeeres vorhanden sind (< -35 Promille). Die hohen delta34S-Werte der reduzierten S-Spezies werden wahrscheinlich durch eine spezielle Population von (halophilen?) Bakterien erzeugt. Die Sedimente besitzten einen hohen Gehalt an Dolomit (ca. 1/3 des Gesamtkarbonats). Ein erst vor wenigen Jahren veröffentlichtes Modell zur Dolomitbildung (Vasconcelos und McKenzie, 1997) kann zur Erklärung der Dolomitpräzipitation herangezogen werden. Aufgrund der Form und Grösse der Dolomitkristalle sowie des Chemismus der Brine kann gefolgert werden, daß die Dolomitisierung schon in der Brine selbst stattfindet. Die starke Dolomitbildung in Sedimenten aus der unmittelbaren Umgebung des Beckens, die nicht unter Brine-Bedeckung abgelagert wurden, macht deutlich, daß die Brine des Urania-Beckens auch in die Sedimente der Umgebung migriert. An der tiefsten Stelle des Urania-Beckens werden rezent Fluide und Partikel aus tieferen Stockwerken in das Becken eingetragen. Eine wenige cm mächtige Schicht in den Ablagerungen von ausserhalb des Beckens belegt, daß anoxischer Schlamm auch ausserhalb des heutigen Beckens aufgedrungen ist. Der Vergleich der Urania-Becken Sedimente mit Sapropelen des östlichen Mittelmeers, die ebenfalls unter anoxischen Bedingungen abgelagert wurden, ergab, daß die Unterschiede dieser beiden Sedimenttypen sehr viel größer als die Gemeinsamkeiten sind. Dies ist auf die verschiedenen Ablagerungsprozesse und Materialquellen zurückzuführen. Die verschiedenen untersuchten Sapropele zeigen die ganze Bandbreite der Möglichkeiten der Sapropelerhaltung. Der jüngste Sapropel S-1 ist vollständig erhalten. Sapropel S-2 dagegen ist komplett oxidiert und nur noch aufgrund der Ba- und Mn-Verteilung im Kern nachzuweisen. Die Sapropele S-5 und S-6 weisen unterschiedlich starke frühdiagenetische Veränderungen auf. Sapropel S-3 liegt im Bereich des durch die Urania-Becken Brine dolomitisierten Kernabschnitts. Hier hat die Brine die Sulfatreduktion im Sapropel verstärkt, was zur vollständigen Auflösung der Karbonate in S-3 führte.

Inhaltsverzeichnis

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Titelblatt, Danksagung und Inhaltsverzeichnis
1. Ausgangsfragen und Zielsetzung 1
2. Geologischer Rahmen des Arbeitsgebietes 3
2.1 Paläogeographie und Geologie des Arbeitsgebietes 3
2.2 Evaporitbildung im Mittelmeer am Ende des Miozäns 5
2.3 Die Brine-Becken des Mittelmeeres 6
2.4 Sapropele im Mittelmeer: Eigenschaften, Bildung und Vorkommen 7
3. Material und Methoden 9
3.1 Sedimentkerne 9
3.2 Bearbeitung an Bord 10
3.3 Weitere Probenbearbeitung und Analysemethoden 11
4. Ergebnisse 15
4.1 Stratigraphie 15
4.1.1 Kerne 3SL, 4MC, LC17 und 8GK 15
4.1.2 Kern 6SL 15
4.2 Beschreibung der Kornfraktionen und der Mineralogie 17
4.2.1 Kern 3SL 17
4.2.2 Kern 4MC 20
4.2.3 Kern 6SL 21
4.2.4 Dolomitstöchiometrie 24
4.2.5 Semiquantifizierung der Tonminerale 24
4.3 Verteilung von Karbonat und organischem Kohlenstoff 25
4.3.1 Kerne 3SL, 4MC und LC17 25
4.3.2 Kern 6SL 26
4.4 Elementgeochemie 28
4.4.1 Kern 3SL 28
4.4.2 Kern 4MC 28
4.4.3 Kern 6SL 28
4.5 Schwefelgehalte und -spezies 37
4.6 Isotopenverteilung: C, O, S 38
4.6.1 Kohlenstoff- und Sauerstoffisotopenverteilung 38
4.6.2 S-Isotopenverteilung 39
4.7 Untersuchung der Präzipitate (Gipse) 40
4.8 Laugungsversuche 41
4.9 Wasserchemie 42
5. Diskussion 45
5.1. Urania-Becken Sedimente: Geochemie und Genese 45
5.1.1 Kern 3SL 45
5.1.2 Kern 4MC 47
5.1.3 Schwefel-Kreislauf im Urania-Becken 49
5.1.4 Brine-Geochemie 52
5.1.5 Lösung und Fällung von CaCO3 im Urania-Becken 53
5.1.6 Dolomitisierung I: Urania-Becken Sedimente 55
5.1.7 Die exotische Lage oberhalb S-1, Kern 6SL 58
5.2 Kern 6SL: Geochemie und Genese 64
5.2.1 Konzentration und vertikale Verteilung der Haupt-, Neben- und Spurenelemente 64
5.2.2 Dolomitisierung II: Dolomitbildung ausserhalb des Urania-Beckens 66
5.2.3 Sapropelgeochemie 71
6. Wichtigste Schlussfolgerungen und Ausblick 83
7. Zusammenfassung 85
8. Literaturverzeichnis 87
9. Anhang 94

Ergänzende Angaben:

Online-Adresse: http://www.diss.fu-berlin.de/2002/150/index.html
Sprache: Deutsch
Keywords: sediment anoxic hypersaline Urania basin sulfur eastern Mediterranean
DNB-Sachgruppe: 31 Geowissenschaften
Datum der Disputation: 19-Jul-2002
Entstanden am: Fachbereich Geowissenschaften, Freie Universität Berlin
Erster Gutachter: Professor Dr. Peter Halbach
Zweiter Gutachter: Professor Dr. Kay-Christian Emeis
Kontakt (Verfasser): ahb@zedat.fu-berlin.de
Kontakt (Betreuer): hbrumgeo@zedat.fu-berlin.de
Abgabedatum:09-Aug-2002
Freigabedatum:13-Aug-2002

 

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