Carbonate sedimentology and chemostratigraphy of Kimmeridgian shoal-water deposits in the Lower Saxony Basin of Northern Germany

verfasst von

Fanfan Zuo

betreut von

Ulrich Heimhofer

Abstract

Der späte Jura gilt in der Regel als eine Zeit mit ausgeglichenem Treibhausklima und hohem, globalen Meeresspiegel. Das Kimmeridgium, eine Stufe im späten Jura, zeigt ein Temperaturplateau, in dem die Höchsttemperatur erreicht wird. In diesem Zeitraum waren große Teile von Europa von einem seichten Binnenmeer bedeckt, in dem subtropische Flachwasser-Karbonate abgelagert wurden. Leider verhindert die Abwesenheit von offen-marinen Leitfossilien eine genaue Alterszuordnung der Schichten des Kimmeridgiums. Darüber hinaus weisen Flachwasser-Karbonaten zahlreiche Schichtlücken auf, sodass eine regionale oder globale stratigraphische Korrelation aufgrund der fragmentarischen Aufzeichnung schwierig ist. Daher ist eine Interpretation der signifikanten, paläoklimatische Signale, die von diesen Ablagerungen abgeleitet werden, begrenzt. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Ablagerungen des Kimmeridgiums im niedersächsischen Becken (LSB). Dort wechseln sich die für die Plattformen des Kimmeridgiums typischen Kalkstein, Mergel und Tonstein ab. Um das Alter dieser Schichten zu definieren, wurde ein integrierter stratigraphischer Ansatz gewählt. Dazu wurden chemostratigraphische Analysen (Kohlenstoff und Strontium-Isotopie) und herkömmliche Sequenz- und Biostratigraphie kombiniert und auf drei Abschnitte (Langenberg, Bisperode, Pötzen) angewandt. Darüber hinaus liefern Sauerstoffisotopenanalysen auf der Grundlage von diagenetisch unverändertem Schalenmaterial (Low-Mg-Kalzit) zusammen mit Tonmineralanalysen neue Einblicke in die paläoklimatische Entwicklung des Kimmeridgiums. Um eine stabile Basis für weitere stratigraphische Korrelationen und paläoklimatische Interpretationen zu erhalten, wird zunächst eine hochaufgelöste Analyse von Mikrofazies und Sequenzstratigraphie durchgeführt. Basierend auf regionaler Ostrakoden-Biostratigraphie können die etablierten Sequenzen zwischen den untersuchten Abschnitten auf regionalem Maßstab korreliert werden, sodass ein besseres Verständnis der Hauptfaktoren, die die Sedimententwicklung des Kimmeridgiums im LSB kontrollieren, ermöglicht wird. Darüber hinaus zeigt eine vorläufige stratigraphische Korrelation der Sequenz mit anderen europäischen Becken, dass die Mehrheit der mittelskaligen Sequenzgrenzen an ähnlichen biostratigraphischen Positionen in anderen Bereichen erkennbar ist. Weiterhin wird eine genaue Datierung der Ablagerungen des Kimmeridgiums im LSB durchgeführt, die die konventionelle Ostrakoden-Biostratigraphie und die Strontium-Isotopstratigraphie (SIS) kombiniert. Die neuen, hier vorgestellten, Strontium-Daten bestätigen das Potenzial von gut erhaltenem Mg-Kalzit aus flachmarinen Gebieten, um globale, marine Sr-Isotopensignale zu erhalten und den limitierten SIS-Datensatz des Kimmeridgiums zu erweitern. Darüber hinaus werden die δ13C Signaturen aus verschiedenen Abschnitten als Aufzeichnung des globalen Meeressignals angesehen, nachdem sie einer strengen Bewertung bezüglich diagenetischer Alternation und lokaler Umwelteinflüsse unterzogen wurden. Ein zusammengesetzter, hochauflösender δ13C-Datensatz für Ablagerungen von Flachwasserkarbonaten des Kimmeridgiums von kann daher durch die neuen Datierungsergebnisse ermittelt und kalibriert werden. Folglich erlauben die neuen, chemostratigraphischen Ergebnisse eine stratigraphische Korrelation zwischen flachmarinen Ablagerungen im subborealen LSB und gleichaltrigen Ablagerungen in den peri-tethischen und westlichen Tethys-Gebieten. Schalenmaterial aus dem LSB, das von Brachiopoden, Austern und Trichites-Schalen stammt, wird auf sein Potenzial hin untersucht, als Archiv für Meerestemperaturen zu dienen. Ein leichter Erwärmungstrend vom frühen bis zum späten Kimmeridgium zeigt eine Übereinstimmung mit der etablierten Meerwassertemperaturkurve. Eine schwache Saisonalität der Meeresoberflächentemperatur wird durch Sauerstoffisotopvariationen entlang einer großen Trichitesschale dokumentiert. Ein spezieller Kälteeinbruch, der sich aus deutlich höheren δ18O-Werten im frühen Kimmeridgium ableitet, wird teilweise mit dem kurzfristigen Zustrom kühler, borealer Wassermassen in Verbindung gebracht. Diese positive Sauerstoffisotopenanomalie kann auch teilweise mit erhöhten δ18Oseawater-Werten, die von einem trockeneren Klima ausgelöst werden, in Verbindung gebracht werden. Diese Klimaänderung wird vom Auftreten von Smektit innerhalb des gemessenen Intervalls bestätigt. Darüber hinaus weist das Kaolinit/(Illit+Chlorit)-Verhältnis auf feuchte/aride Schwankungen hin, die gut mit Veränderungen des Meeresspiegels korrelieren, wobei ein hoher Meeresspiegel feuchte Klimazonen und ein niedriger Meeresspiegel trockene Klimazonen verursacht.

Organisationseinheit(en)

Institut für Geologie

Typ

Dissertation

Anzahl der Seiten

132

Publikationsdatum

2018

Publikationsstatus

Veröffentlicht

Ziele für nachhaltige Entwicklung

SDG 13 – Klimaschutzmaßnahmen, SDG 14 – Lebensraum Wasser

Elektronische Version(en)

https://doi.org/10.15488/4155 (Zugang: Offen)