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Zur Ursache der hemipelagischen schwarz/grün Zyklen im Apt/Alb der bayerischen Flyschzone

Ulrich Georg Wortmann


Vollständiger Abdruck der von der Fakultät für Chemie, Biologie
und Geowissenschaften der Technischen Universität München
zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der
Naturwissenschaften genehmigten Dissertation.


Vorsitzender: Univ.-Prof. Dr. G. Spaun. Prüfer der Dissertation:
Univ.-Prof. Dr. W. Zacher
Hon.-Prof. Dr. R. Hesse / LMU-München
Univ.-Prof. Dr. F. Fabricius


Die Dissertation wurde am 29.5. 1996 bei der Technischen
Universität München eingereicht und durch die Fakultät für Chemie,
Biologie und Geowissenschaften am 8.7. 1996 angenommen.

Zusammenfassung

Zur Zeit der Unteren Kreide (Apt/Alb) sind in den hemipelagischen Tonsteinen des Flysch-Gault der Rhenodanubischen Flysch-Zone charakteristische schwarz/grüne Tonsteinwechselfolgen ausgebildet. Diese typischerweise wenige Zentimeter bis einige Dezimeter mächtigen Tonsteinlagen finden sich in ähnlicher Ausprägung auch in vielen atlantischen Bohrkernen des ,,Deep Sea Drilling Project`` und des ,,Ocean Drilling Project`` (DSDP/ODP).

Die Farbwechsel lassen sich über mindestens 40 km entlang der Achse des ehemaligen Beckens korrelieren. Darüber hinaus kann es wahrscheinlich gemacht werden, daß die einzelnen Schwarzschieferlagen innerhalb des untersuchten Bereichs synchron entstanden sind.

Die geochemische Untersuchung eines 3 m langen Profilabschnittes zeigt charakteristische mit den Farbwechseln der Tonsteine gekoppelte Änderungen der chemischen Zusammensetzung der Tonsteine. Diese geochemischen Variationen korrelieren außerdem mit Änderungen im Quarz-, Kaolinit-, Chlorit- und Illit-Gehalt.

Die Verteilung der detritisch beeinflußten Elemente wird als Effekt eines sich ändernden Windfeldes interpretiert, während die Verteilung der paläoproduktivitäts-sensitiven Elemente auf den Wechsel von einer geschichteten zu einer ungeschichteten Wassersäule zurückgeführt wird.

Beide Prozesse treten gleichzeitig auf und scheinen miteinander in Beziehung zu stehen. Als Ursache der Windstress- und Wasserschichtungs-Änderung wird ein klimatisches Modell vorgeschlagen, in dem die Änderung der Windrichtung/-stärke mit einer Änderung der Luftfeuchtigkeit und Niederschlagsmenge verbunden ist (Monsun). In deren Folge ändert sich sowohl die detritische Zusammensetzung als auch die Dichte-Struktur der Wassersäule.

Fluoreszensmikroskopische Aufnahmen zeigen, daß es sich bei den Schwarzschiefern nicht um homogene Lagen, sondern um Wechsellagerungen von Corg-reichen und Corg-armen Schichten im zehntel bis hundertstel Millimeter-Bereich handelt, deren Farbwechsel durch eine Bitumen-Imprägnierung der Matrix im Durchlichtmikroskop nicht mehr zu erkennen sind. Diese Farbwechsel werden als kurzfristige Stagnationsphasen im Jahres- bis Zehnjahres-Bereich interpretiert.

Die Zeitreihen-Analyse der chemischen Daten ergibt ein signifikantes Maximum für Periodenlängen von 26 und 52 cm. Bei Korrektur der ursprünglich zu 9 mm/ka abgeschätzten Sedimentationsrate auf 7.5 mm/ka korrespondieren die beiden Maxima mit den kretazischen Milankovic-Frequenzen für die Präzession (19.7 ka) und Bahnschiefe (40 ka).

Die Schwarzschieferlagen werden daher als Zeiten mit einer Neigung zu starken Monsunereignissen interpretiert, in deren Folge es zu kurzzeitigen Stagnationsphasen kommt. Da die Dynamik der Monsunentwicklung durch die kontinentalen Hitzetiefs der nördlich gelegenen Landmassen kontrolliert wird, folgt dieses System den Insolationsänderungen der Bahnschiefe und nicht denen der in den Tropen ausgeprägten Präzession.

Danksagung
An erster Stelle sei Professor Dr. R. Hesse (McGill Univ., Montréal) gedankt, der mir dieses Thema angeboten hat, sowie meinem zweiten Doktorvater, Professor Dr. W. Zacher (Lst. für Allg. Ang. und Ing.-Geologie, Technische Universität München), ohne den diese Arbeit so nicht zustandegekommen wäre, sowie Prof. Dr. G. Spaun, dem Ordinarius des hiesigen Lehrstuhls. Dank gilt auch Dr. J. Müller, der seine Laborausrüstung großzügig zur Verfügung stellte, und Dr. J. Froh für die rasterelektronenmikroskopischen Aufnahmen. Herzlicher Dank auch Frau Bögel, die mir viel Verwaltungsarbeit abgenommen hat. Frau Schuster und Herr Beiderbeck führten freundlicherweise die Leco- und röntgenspektrometrischen Bestimmungen durch - herzlichen Dank auch ihnen. Ganz besonderer Dank gilt Dr. M. Rieder, der Teile dieser Arbeit Korrektur las, Dr. U. von Grafenstein für seine Anregungen, sowie Dr. K. Thuro und meinem Kollegen Markus Bauer.

Professor Dr. D. Herm von der Bayerischen Staatssammlung für Paläontologie sei für seine freundliche Unterstützung dieses Projektes ebenfalls gedankt. Dr. Valerian Bachtadze, Jürgen Hauck und Karl Fabian vom Institut für Geophysik der Ludwig-Maximilians-Universität München leisteten unschätzbare Hilfe bei den paläogeographischen Rekonstruktionen. Dr. Karl-Heinz Kirsch (Inst. für Geologie, LMU) nahm dankenswerterweise die Untersuchung der Dinoflagellaten auf sich.

Dr. Walter Pickel (RWTH Aachen) gilt mein Dank für die optische Bestimmung der organischen Substanz meiner Proben. Frau Prof. M. Wolf (ebenfalls Aachen) war so freundlich und hat die Vitrinitreflexionsmessungen durchgeführt. Dr. Harald Strauss (Ruhr-Universität Bochum) sei für die Bestimmung der Schwefelisotopen gedankt. Dr. Annerose Heydemann (Sedimentgeochemie Göttingen) sei herzlich gedankt für die Anfertigung einiger Pulverdiffraktogramme.

Neben den Genannten, die mir ganz direkt bei meiner Doktorarbeit geholfen haben, gibt es noch eine große Gruppe von Kollegen, die ich nie getroffen habe und die doch durch ihre Arbeit und ihren Idealismus zu dieser Arbeit beigetragen haben. Fast alle diese Menschen sehen sich der Idee verpflichtet, daß Software - ähnlich wissenschaftlichen Ergebnissen - Eigentum aller sein sollte. Meine Arbeit wäre ohne diese der Öffentlichkeit zugänglich gemachten Programme in der vorliegenden Form nicht zustande gekommen.

Die Deutsche Forschungs-Gemeinschaft förderte dieses Projekt im Rahmen des Schwerpunkt-Programmes ,,Globale und regionale Steuerungsprozesse biogener Sedimentation; Kreide-Sedimentation`` unter dem Aktenzeichen Za-29/14.




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Wortmann U.G., (1996). Zur Ursache der hemipelagischen....
Last updated by Uli Wortmann 1999-03-09