SYSTEM ERDE III Teil I - Kontinentale Ablagerungsbereiche Sitzung 02 Kontrollmechanismen

Kontrollfaktoren Eustatische Meeresspiegelschwankungen Beckensubsidenz Heraushebung Liefergebiet Klima

...und ihre relative Bedeutung Shanley & McCabe (1994)

Meeresspiegel Globaler (eustatischer) Meeresspiegel = Funktion von: (Erdmittelpunkt - Wasseroberfläche) = Funktion von: Wasservolumen der Ozeane Terrestrische Eisvolumina (Glazio-eustatische Änderungen) Terrestrische Aquifervolumina Volumenkapazität der Ozeanbecken Ozeanisierung (zunehmende MOR-Aktivität) Orogenese (Tektono-eustatische Änderungen)

Mechanismen, Zeitskalen & Größenordnungen Plint et al. (1992)

Meeresspiegel & Gebirgsbildung Ø Ozeantiefe beträgt 4 km 1% Zunahme in der Ozeanfläche würde Wasserspiegel um 40 m absenken!! Bezug Regression Oberkreide & Kollission Indien/Asien? Ager (1993)

Meeresspiegel & Spreading Minimierte Ozeanrückenaktivität ----> Beispiel Pangäa Volumen der MOR minimiert Thermische Subsidenz Max. Volumenkapazität der Ozeanbecken Zunehmende Aktivität bei Breakup

Relativer Meeresspiegel Resultiert aus Eustasie Subsidenz des Beckenbodens Sedimentation Hohe Sedimentationsrate Graben Horst Graben Horst

Onlap, downlap, toplap Selley (1985)

Exxon coastal onlap-Karte der Kreide Land Becken

Kritik Unkritische Interpretation einer eustatischen Ursache bei allen Meeresspiegelschwankungen 2. und 3. Ordnung. Unsicherheiten bezüglich "absoluter Alter" und lateraler Korrelationen Unsicherheiten bei der Ermittlung der Amplitude der Meeresspiegelveränderung

Zyklen ester Ordnung Beispiel Phanerozoikum

Hierarchie der Zyklen 1st order cycles, c. 200-400 Ma ---> Akkretion & Zerfall von Superkontinenten 2nd order cycles, c. 10-100 Ma ---> Volumina von Ozeanrücken 3rd order cycles, c. 1-10 Ma (typisch < 3Ma) ---> Kontinentale Eisvolumina ---> Spreading & subduction rates ---> Änderungen Intraplattenstreßfelder 4th order cycles, c. 200-500 ka ---> Milankovitch-Zyklen 5th order cycles, c. 10-200 ka Zyklen vierter und fünfter Ordnung mit, Zyklen erster, zweiter und dritter Ordnung ohne regelmäßige Periodizität !!

Milankovitch-Zyklen

Milankovitch-Zyklen bedingen zyklische Variationen in der Intensität und der saisonalen Verteilung der Insolation ---> Länge der sommerlichen Eisabtauperiode überzeugend nachweisbar für das Quartär ---> auf andere Erdzeitalter übertragbar? demonstrierbar anhand von Sauerstoff-Isotopenverhältnissen in Tiefseekernen.

Sauerstoffisotopen & Meeresspiegel 18O/16O-Verhältnisse benthischer & planktonischer Foraminiferen in Tiefseesedimenten werden gemessen Zunehmende Vergletscherung ---> Meerwasser wird an schwerem 18O angereichert ---> Eiskappen werden an leichterem 16O angereichert Ursache: Schwerere Isotope sind weniger mobil; bei Evaporation wird 16O in Wasserdampf konzentriert - bei Kondensation zu Regen/Schnee bleibt die Verarmung an 18O überliefert. Gletscherrückzug, Abtauen liefert 16O-Ausschläge, da isotopisch leichteres Wasser wieder in Meere zurückströmt. Die relative Verarmung an 18O wird ausgedrückt als Abweichung in ‰ von SMOW = Standard Mean Ocean Water Isotopisch leichtestes Wasser in der Antarktis: -60‰

Sauerstoffisotopen-Stratigraphie + Eisvolumina + 18O-Anreicherung - Meeresspiegel Gerade Zahlen = Eiszeiten; ungerade Zahlen = reduzierte kontinentale Eisvolumina Rel. langsames Absinken Meeresspiegel mit Eisaufbau aber rel. Anstieg bei Abtauen

Relativer Meeresspiegel

Wo wird erodiert & wo sedimentiert? Beispiel Arcas-Fächer/Nordchile Bahlburg & Breitkreuz (1998)

Erosionsbasisniveau Erosionsbasisniveau (base level): Tiefstes (Höhen)-Niveau bis zu dem hinab Erosion erfolgen kann Fluß strebt Ausgleichsgefälle an Press & Siever (1994)

Lokale Erosionsbasisniveaus Press & Siever (1994)

Bodensee & Rheintal oberhalb Bingen bilden regionale Erosionsbasen Beispiel Rhein logarithmisch linear Bahlburg & Breitkreuz (2004) Bodensee & Rheintal oberhalb Bingen bilden regionale Erosionsbasen

Beispiel Mississippi Tertiär: Base level fall Meeresspiegel -120m (Spätglazial) Folge: Rückschreitende Erosion und Flußeinschneidung Rezent: Base level rise Meeresspiegelanstieg Folge: Rückschreitende Aufschotterung (Incised valley fill) redrawn from Fisk (1944)

Volumenkapazität & Sedimentangebot + +

Treibende Kraft ist das Relief Press & Siever (1994)

Schaffung von Relief Press & Siever (1994)

Rhein. Schiefergebirge Erosion & Relief Rhein. Schiefergebirge Himalaya, Alpen Press & Siever (1994)

Quantifizierung der Sedimentfracht Direkt-Messung in Flüssen Beprobung von Lösungs-, Suspensions- und Bodenfracht und Extrapolation auf Langzeiträume Messung der Sedimentablagerungen in Seen & Staubecken Messung der Sedimentmächtigkeit über datierbarem Markerhorizont (z.B. Atombombentest- od. Tschernobyl-Fallout Großräumige Kalkulation anhand geomorphologischer Formen Datierung von Flächen mit kosmogenen Nukliden

Wie wird uplift gemessen? Apatit-Spaltspurenmethode Radioactive Uranium 238 atom in apatite lattice

Spontane Kernspaltung Apatit-Spaltspurenmethode

Geschoßkanäle der Spaltprodukte Apatit-Spaltspurenmethode

Akkumulation von Gitterschäden

Anätzen vergrößert Spaltspuren & macht sie lichtoptisch "sichtbar"

Beispiel Namibia Stabilität der Apatit-Spaltspuren unterhalb 100°C

Zurück zur Fazies Wie kann ich nebeneinander existierende Ablagerungssysteme in einen zeitlichen Bezug setzen? Eustatischer Meeresspiegel bzw. sein Ausdruck in Form von Diskordanzen (Meeresspiegel-Tiefstände) dient als chronostratigraphischer Referenzhorizont.

Konstruktion chronostratigraphischer Profile Chronostratigraphische Profile (auch Wheeler-Diagramme genannt) sind eine Methode um die Zeitbezüge in einem Ablagerungssystem besser erkennen und interpretieren zu können. Durch sie werden insbesondere solche Horizonte herauspräpariert, die Hiaten, kondensierte Profile oder Erosionsflächen verkörpern. Angewendet werden sie bei seismischen und geologischen Querprofilen.

Die Basiseinheiten werden als "Chronosome" bezeichnet und stellen sich im Wheeler-Diagramm als horizontale Farbstreifen dar, die durch Zeitebenen begrenzte sedimentäre Gesteinseinheiten repräsentieren. Die Horizontalachse der Diagramme verdeutlicht die laterale Ausdehnung einer Gesteinseinheit in einem bestimmten, durch die Vertikal-achse beschriebenen Zeit-fenster. Die einzelnen Chronosome sind zu Systemzügen (systems tracts) gruppiert, die wiederum durch Flächen höherer Ordnung, sogenannten Sequenzgrenzen (sequence boundaries), begrenzt werden.

Übungen zu Sitzung 02 A) Übung zur Chronostratigraphie: Wheeler-Diagramm

Lösungsvorschlag