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
(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

Graben
Horst
Graben
Hohe
Sedimentationsrate
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
---> Milankovitch-Zyklen
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 SauerstoffIsotopenverhältnissen 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
200-400 ka
ORBITAL
OSCILLATION
TECTONIC
EVENT
MM
Y
S
A
IC
ETR
M
SYM
AL
CLE
CY
BASIN
SUBSIDENCE
ES
LES
C
Y
C
AL
C
I
R
RELATIVE
CHANGE OF
LAKE LEVEL
ET
LAKE LEVEL
ES
TECTONIC
EVENT
HIGH
LOW
TIME
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
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Press & Siever (1994)
Lokale Erosionsbasisniveaus
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Press & Siever (1994)
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
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Press & Siever (1994)
Schaffung von Relief
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Press & Siever (1994)
Erosion & Relief
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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
confined track
surface track
Anätzen vergrößert Spaltspuren &
macht sie lichtoptisch "sichtbar"
Beispiel Namibia
Stabilität der Apatit-Spaltspuren unterhalb 100°C
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
Wie kann ich nebeneinander existierende
Ablagerungssysteme in einen zeitlichen Bezug
setzen?

Eustatischer Meeresspiegel bzw. sein Ausdruck
in Form von Diskordanzen (MeeresspiegelTiefstände) dient als chronostratigraphischer
Referenzhorizont.
Konstruktion
chronostratigraphischer Profile

Chronostratigraphische Profile (auch WheelerDiagramme 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
WheelerDiagramm
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 Vertikalachse
beschriebenen
Zeitfenster.
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

Meeresspiegel