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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


Inhaltlicher Rahmen

Unterscheidung zu SiliziklastikaTropische, marine Bedingungen

Biogene Textur und Struktur

Zusammensetzung = Ablagerungsbedingungen

Meeresspiegeleinfluss

Schwankende Porosität

Diagenese• Mariner Zement• Starker Einfluss der frühen Diagenese



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)


Karbonatminerale


Karbonatische Ablagerungsräume

Abb.: Karbonatische Ablagerungsräume (Flügel 1982)

Mollusken• Zweiklappige: Aragonit und Calcit in Schale• Gastropoden: Aragonit oder Calcit


Tierische Karbonatbildner

Abb.: Rechts: Liostrea Sp. in Posidonienschiefers aus Hondelage (Maria Meyer)Links: Fossilien aus Mistelgau (Nordbayerischer Kurier)


Cephalopoden• Ammoniten (Aragonit), Belemniten (Calcit), Kalmare, Octopusse

Brachiopoden, Echinodermen

Abb.: Rechts: Echinodermen: hoch Mg‐reicher Calcit (Uni Hamburg)Links: Brachiopoden (Trilobita)



Foraminiferen• Bestehen aus Calcit, 2 Gruppen aus Aragonit• Hauptbestandteil des Globigerinenschlammes

Abb.: Foraminiferen (Wikimedia)



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)



Porifera (Schwämme)• Bildung von Stromatoporen• Kalkhaltige Strukturen Kalkschlammbildung + Öl‐Reservoir

Abb.: Rechts: Runzelkoralle (Palmuc)Links: Porifera (Porifera)



Korallen• Paläozoische Korallen (Calcit)• Rezente: Scheidenwände aus faserigen Aragonitkristallen

Absonderung von kalkhaltigen Sekret aus Polypen


Algen als KarbonatbildnerRotalgen

• Sondern Calcit ab• Lithothammion und Porolithion

wichtigste Konstrukteure und Zementierer von Riffen


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)


Cyanobakterien• Algen + Bakterien

Verkalkung, Karbonat‐Niederschlagbinden SedimentStromatolithen

Abb.: Stromatholit (Stromatholiten)

Bakterien als Karbonatbildner


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


Abb.: Sättigungszustand des Wassers (James and Choquette 1983)

Ursachen


Mariner Zement

Abb.: Unterschiedliche marine Zemente (Moore 1989)


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


Diagenese im tiefmarinen Bereich(innerhalb und unterhalb der Thermokline)


Abb.: Lagune (Commissionoceanindien)

Karbonate im Flachwasser


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)


Prozesse der PorenwasserchemieOxidation von Organik

CO2 AnstiegUntersättigungLösung der Karbonate

Sulfat‐Reduktion und Methan‐Oxidation


RiffeStark O2‐verarmte Porenwässer

Geringe pH‐Werte

Hohe Gehalte an gelöstemMethan, Ammonium, Silikat,Phosphat, Sulfid

Abb.: Great Barrier Reef (Haz)


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)


DolomitisierungHypersaline, evaporative

Umgebung

Dichteunterschied in der Hydrodynamik

Mg‐haltige Fluidmigration

DolomitisierungAuslösen von Karbonat Volumenänderung sowie Karbonat schert ab

Änderung Reservoirqualität

Mikrobielle Dolomitisierung


Abb.: Porenfluide (Geändert nach Moore 1989)

Auflast

Hitze

Tiefendiagenese


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.



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

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