SYSTEM ERDE III Teil I - Kontinentale Ablagerungsbereiche

1. SYSTEM ERDE IIITeil I - Kontinentale Ablagerungsbereiche Sitzung 02 Kontrollmechanismen

2. Kontrollfaktoren • Eustatische Meeresspiegelschwankungen • Beckensubsidenz • Heraushebung Liefergebiet • Klima

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

4. Meeresspiegel Globaler (eustatischer) Meeresspiegel (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)

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

6. 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)

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

8. Horst Horst Graben Graben Graben Graben HoheSedimentationsrate Relativer Meeresspiegel Resultiert aus • Eustasie • Subsidenz des Beckenbodens • Sedimentation

9. Onlap, downlap, toplap Selley (1985)

10. Exxon coastal onlap-Karteder Kreide Land Becken

11. 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

12. Zyklen ester OrdnungBeispiel Phanerozoikum

13. 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 ---> Milankovitch-Zyklen Zyklen vierter und fünfter Ordnung mit, Zyklen erster, zweiter und dritter Ordnung ohne regelmäßige Periodizität !!

14. Milankovitch-Zyklen

15. 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.

16. 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‰

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

18. Relativer Meeresspiegel

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

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

21. Lokale Erosionsbasisniveaus Press & Siever (1994)

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

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

24. Volumenkapazität & Sedimentangebot + +

25. Treibende Kraft ist das Relief Press & Siever (1994)

26. Schaffung von Relief Press & Siever (1994)

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

28. Quantifizierungder Sedimentfracht Direkt-Messung in Flüssen • Beprobung von Lösungs-, Suspensions- und Bodenfracht und Extrapolation auf Langzeiträume Messung der Sedimentablagerungenin 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

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

30. Spontane KernspaltungApatit-Spaltspurenmethode

31. Geschoßkanäle der SpaltprodukteApatit-Spaltspurenmethode

32. Akkumulation von Gitterschäden

33. Anätzen vergrößert Spaltspuren & macht sie lichtoptisch "sichtbar"

34. Beispiel NamibiaStabilität der Apatit-Spaltspuren unterhalb 100°C

35. 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.

36. 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.

37. 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.

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

39. Lösungsvorschlag