Karbonatplattform - Carbonate platform

Eine Karbonatplattform ist ein Sedimentkörper , der ein topographisches Relief besitzt und aus autochthonen Kalkablagerungen besteht. Das Plattformwachstum wird durch sessile Organismen vermittelt, deren Skelette das Riff aufbauen, oder durch Organismen (meist Mikroben ), die durch ihren Stoffwechsel Karbonatausfällungen induzieren . Daher können Karbonatplattformen nicht überall wachsen: Sie sind nicht dort vorhanden, wo einschränkende Faktoren für das Leben riffbildender Organismen existieren. Solche limitierenden Faktoren sind unter anderem: Licht , Wasser Temperatur , Transparenz und pH-Wert. So findet beispielsweise die Karbonat-Sedimentation entlang der atlantischen südamerikanischen Küsten überall außer an der Mündung des Amazonas statt , da das Wasser dort stark trübe ist . Spektakuläre Beispiele heutiger Karbonatplattformen sind die Bahama Banks, unter denen die Plattform etwa 8 km dick ist, die bis zu 2 km mächtige Halbinsel Yucatan , die Florida- Plattform, die Plattform, auf der das Great Barrier Reef wächst, und die and Malediven Atolle . Alle diese Karbonatplattformen und die dazugehörigen Riffe sind auf tropische Breiten beschränkt. Die heutigen Riffe werden hauptsächlich von Skleraktinkorallen gebaut , aber in ferner Vergangenheit waren andere Organismen, wie Archaeocyatha (während des Kambriums ) oder ausgestorbene Nesseltiere ( Tabulata und Rugosa ) wichtige Riffbauer.

Karbonatniederschlag aus Meerwasser

Was die Umgebungen von Karbonatplattformen von anderen Ablagerungsumgebungen unterscheidet, ist, dass Karbonat ein Produkt von Niederschlägen ist und kein Sediment, das von anderswo transportiert wird, wie bei Sand oder Kies. Dies impliziert beispielsweise, dass Karbonatplattformen weit von den Küsten der Kontinente entfernt wachsen können, wie dies bei den pazifischen Atollen der Fall ist.

Die mineralogische Zusammensetzung von Karbonatplattformen kann entweder kalzitisch oder aragonitisch sein . Meerwasser ist an Karbonat übersättigt, so dass unter bestimmten Bedingungen eine CaCO 3 -Fällung möglich ist. Die Karbonatausfällung wird bei hoher Temperatur und niedrigem Druck thermodynamisch begünstigt . Drei Arten der Karbonatfällung sind möglich: biotisch kontrolliert , biotisch induzierte und abiotisch . Die Karbonatausfällung wird biotisch kontrolliert, wenn Organismen (wie Korallen) vorhanden sind, die im Meerwasser gelöstes Karbonat nutzen, um ihre kalzitischen oder aragonitischen Skelette aufzubauen. Dadurch können sie harte Riffstrukturen entwickeln. Biotisch induzierte Fällung findet außerhalb der Zelle des Organismus statt, daher wird Carbonat nicht direkt von Organismen produziert, sondern fällt aufgrund ihres Stoffwechsels aus. Abiotische Fällung hat per Definition wenig oder keinen biologischen Einfluss.

Einstufung

Die drei Niederschlagsarten (abiotisch, biotisch induzierte und biotisch kontrolliert) gruppieren sich zu drei „Karbonatfabriken“. Eine Karbonatfabrik ist das Ensemble der sedimentären Umgebung , der dazwischenliegenden Organismen und der Fällungsprozesse, die zur Bildung einer Karbonatplattform führen. Der Unterschied zwischen drei Fabriken ist der vorherrschende Niederschlagspfad und Skelettassoziationen. Im Gegensatz dazu ist eine Karbonatplattform eine geologische Struktur aus parautochotonen Karbonatsedimenten und Karbonatgesteinen mit einem morphologischen Relief.

Plattformen der "Tropenfabrik"

In diesen Karbonatfabriken wird die Fällung biotisch gesteuert, meist durch autotrophe Organismen. Organismen, die solche Plattformen bauen, sind heute meist Korallen und Grünalgen , die Sonnenlicht für die Photosynthese benötigen und daher in der euphotischen Zone leben (dh Flachwasserumgebungen, in die Sonnenlicht leicht eindringt). Tropische Karbonatfabriken sind heute nur noch in warmen und sonnenbeschienenen Gewässern des tropisch-subtropischen Gürtels vorhanden und haben hohe Karbonatproduktionsraten, aber nur in einem engen Tiefenfenster. Das Ablagerungsprofil einer Tropical-Fabrik wird "umrandet" genannt und umfasst drei Hauptteile: eine Lagune , ein Riff und einen Hang. Im Riff widersteht das Gerüst, das von großen Skeletten, wie denen von Korallen, und von verkrustenden Organismen gebildet wird, den Wellenbewegungen und bildet einen starren Aufbau, der sich bis auf Meereshöhe entwickeln kann. Das Vorhandensein eines Randes führt zu einer eingeschränkten Zirkulation im hinteren Riffbereich und es kann eine Lagune entstehen, in der oft Karbonatschlamm produziert wird. Wenn die Riffakkretion den Punkt erreicht, an dem sich der Fuß des Riffs unterhalb der Wellenbasis befindet, entsteht ein Hang: Die Sedimente des Hangs stammen aus der Erosion des Randes durch Wellen, Stürme und Gravitationskollaps. Dieser Prozess sammelt Korallenreste in Klinoformen an. Der maximale Winkel, den eine Böschung erreichen kann, ist der Setzungswinkel von Kies (30–34°).

Plattformen der "Kühlwasserfabrik"

In diesen Karbonatfabriken wird die Ausfällung biotisch durch heterotrophe Organismen kontrolliert , manchmal in Verbindung mit photoautotrophen Organismen wie Rotalgen . Die typische Skelettvereinigung umfasst Foraminiferen , Rotalgen und Weichtiere . Obwohl Rotalgen autotroph sind, werden sie meist mit heterotrophen Karbonatproduzenten in Verbindung gebracht und benötigen weniger Licht als Grünalgen. Das Vorkommensspektrum von Kaltwasserfabriken reicht von der Grenze der tropischen Fabrik (bei ca. 30◦) bis in die polaren Breiten, sie könnten aber auch in niedrigen Breiten in der Thermokline unterhalb des warmen Oberflächenwassers oder in Auftriebsgebieten vorkommen. Diese Art von Fabriken hat ein geringes Potenzial zur Karbonatproduktion, ist weitgehend unabhängig von der Verfügbarkeit von Sonnenlicht und kann eine höhere Menge an Nährstoffen aufnehmen als tropische Fabriken. Karbonatplattformen, die von der "Kühlwasserfabrik" gebaut wurden, zeigen zwei Arten von Geometrie oder Ablagerungsprofil, dh die homokline Rampe oder die distal steile Rampe. Bei beiden Geometrien gibt es drei Teile: die innere Rampe über der Schönwetter Wellenbasis , die mittlere Rampe, oberhalb der Sturmwellenbasis, die äußeree Rampe unterhalb der Sturmwellenbasis. Bei distal steileren Rampen wird zwischen mittlerer und äußerer Rampe eine distale Stufe durch die in situ Ansammlung von kiesgroßen Karbonatkörnern gebildet

Plattformen der "Mud-Mound-Fabrik"

Diese Fabriken zeichnen sich durch abiotischen Niederschlag und biotisch induzierten Niederschlag aus. Die typischen Umgebungsbedingungen, in denen im Phanerozoikum "Schlammhügelfabriken" gefunden werden, sind dysphotische oder aphotische , nährstoffreiche Gewässer, die sauerstoffarm, aber nicht anoxisch sind . Diese Bedingungen herrschen oft in der Thermokline, zum Beispiel in mittleren Wassertiefen unterhalb der Mischschicht des Ozeans . Der wichtigste Bestandteil dieser Plattformen ist feinkörniges Karbonat, das in situ ( Automicrit ) durch ein komplexes Zusammenspiel biotischer und abiotischer Reaktionen mit Mikroben und zerfallendem organischem Gewebe ausfällt . Schlammhügelfabriken produzieren keine Skelettassoziation, aber sie haben spezifische Fazies und Mikrofazies, zum Beispiel Stromatolithen , die geschichtete Mikrobialite sind , und Thrombolithen , das sind Mikrobialiten, die durch geronnenes Peloidgewebe im mikroskopischen Maßstab und durch Dendroidgewebe an der Hand gekennzeichnet sind -Beispielskala. Die Geometrie dieser Plattformen ist hügelförmig, wobei der gesamte Hügel einschließlich der Hänge produktiv ist.

Geometrie von Karbonatplattformen

Mehrere Faktoren beeinflussen die Geometrie einer Karbonatplattform, einschließlich ererbter Topographie, synsedimentärer Tektonik , Exposition gegenüber Strömungen und Passatwinden . Zwei Haupttypen von Karbonatplattformen werden aufgrund ihrer geografischen Lage unterschieden: isoliert (als Malediven-Atolle ) oder epikontinental (wie die Belize- Riffe oder die Florida Keys ). Der wichtigste Einflussfaktor auf die Geometrien ist jedoch vielleicht die Art der Karbonatfabrik. Abhängig von der dominanten Karbonatfabrik können wir drei Arten von Karbonatplattformen unterscheiden: T-Typ Karbonatplattformen (hergestellt von "Tropenfabriken"), C-Typ Karbonatplattformen (hergestellt von "Kühlwasserfabriken"), M-Typ Karbonat Plattformen ("von Schlammhügelfabriken hergestellt"). Jeder von ihnen hat seine eigene typische Geometrie.

Verallgemeinerter Querschnitt einer typischen Karbonatplattform.

T-Typ Karbonatplattformen

Das Ablagerungsprofil von T-Typ-Karbonatplattformen kann in mehrere sedimentäre Umgebungen unterteilt werden .

Das Karbonathinterland ist die am weitesten landeinwärts gerichtete Umgebung, die aus verwitterten Karbonatgesteinen besteht . Das evaporitische Watt ist eine typische Niedrigenergieumgebung.

Ein Beispiel für die Ablagerung von Karbonatschlamm im inneren Teil der Lagune von Florida Bay. Das Vorhandensein junger Mangroven ist wichtig, um den Karbonatschlamm einzuschließen.

Die interne Lagune ist , wie der Name schon sagt, der Teil der Plattform hinter dem Riff. Es zeichnet sich durch seichtes und ruhiges Wasser aus und ist daher eine sedimentäre Umgebung mit niedriger Energie. Sedimente bestehen aus Rifffragmenten, harten Teilen von Organismen und, wenn die Plattform epikontinental ist, auch aus einem terrigenen Beitrag. In einigen Lagunen (zB der Florida Bay ) produzieren Grünalgen große Mengen an Karbonatschlamm. Röcke sind hier Tonstein zu Grain , abhängig von der Energie der Umwelt.

Das Riff ist die starre Struktur von Karbonatplattformen und befindet sich zwischen der internen Lagune und dem Hang am Rand der Plattform, in dem das von großen Skeletten, wie Korallen und von Krustentieren gebildete Gerüst der Wellenbewegung standhält und bilden einen starren Aufbau, der sich bis auf Meereshöhe entwickeln kann. Das Überleben der Plattform hängt von der Existenz des Riffs ab, denn nur dieser Teil der Plattform kann eine starre, wellenbeständige Struktur bilden. Das Riff wird von im Wesentlichen vorhandenen, sitzenden Organismen geschaffen. Die heutigen Riffe werden meist von hermatypischen Korallen gebaut. Riffgesteine ​​lassen sich geologisch als massive Boundstones klassifizieren .

Der Hang ist der äußere Teil der Plattform, der das Riff mit dem Becken verbindet. Diese Ablagerungsumgebung fungiert als Senke für überschüssiges Karbonat-Sediment: Der Großteil des in der Lagune und im Riff produzierten Sediments wird durch verschiedene Prozesse transportiert und reichert sich im Hang an, mit einer von der Korngröße der Sedimente abhängigen Neigung, die den Setzungswinkel . erreichen könnte höchstens aus Kies (30-34°). Der Hang enthält gröbere Sedimente als das Riff und die Lagune. Diese Gesteine ​​sind im Allgemeinen Rudstones oder Grainstones .

Das Periplattform-Becken ist der äußerste Teil der T-Typ-Karbonatplattform, und die Karbonatsedimentation wird dort von dichtekaskadierenden Prozessen dominiert.

Das Vorhandensein eines Randes dämpft die Wirkung von Wellen im hinteren Riffbereich und es kann eine Lagune entstehen, in der oft Karbonatschlamm produziert wird. Wenn die Riffakkretion den Punkt erreicht, an dem sich der Fuß des Riffs unterhalb der Wellenbasis befindet, entwickelt sich ein Hang: Die Sedimente des Hangs stammen aus der Erosion des Randes durch Wellen, Stürme und Gravitationskollaps. Dieser Prozess sammelt Korallenreste in Klinoformen an. Klinoformen sind Betten , die eine sigmoidale oder tafelförmige Form haben, aber immer mit einer primären Neigung abgelegt werden.

Die Größe einer Karbonatplattform vom T-Typ kann vom Hinterland bis zum Fuß des Hangs mehrere Dutzend Kilometer betragen.

C-Typ Karbonatplattformen

C-Typ-Karbonatplattformen zeichnen sich durch das Fehlen einer frühen Zementierung und Versteinerung aus , so dass die Sedimentverteilung nur durch Wellen getrieben wird und insbesondere oberhalb der Wellenbasis auftritt . Sie zeigen zwei Arten von Geometrie oder Ablagerungsprofil, dh die homokline Rampe oder die distal steile Rampe. In beiden Geometrien gibt es drei Teile. In der inneren Rampe oberhalb der recht sonnig Welle Basis ist die Karbonatproduktion langsam genug , dass alle Ablagerungen Offshore transportiert werden können durch Wellen, Strömungen und Stürme. Infolgedessen kann sich die Uferlinie zurückziehen und so kann es in der inneren Rampe zu einer durch Erosionsprozesse verursachten Klippe kommen. In der mittleren Rampe, zwischen der Schönwetterwellenbasis und der Sturmwellenbasis, bleiben Karbonatsedimente an Ort und Stelle und können nur durch die Sturmwellen nachgearbeitet werden. In der äußeren Rampe, unterhalb der Sturmwellenbasis, können sich feine Sedimente ansammeln. Bei distal steileren Rampen bildet sich zwischen mittlerer und äußerer Rampe eine distale Stufe, durch die in situ Ansammlung von kiesgroßen Karbonatkörnern (zB Rhodolithen ), die nur zeitweise durch Strömungen bewegt werden. Die Karbonatproduktion erfolgt bei dieser Art von Karbonatplattformen entlang des gesamten Ablagerungsprofils, mit einer zusätzlichen Produktion im äußeren Teil der mittleren Rampe, aber die Karbonatproduktionsraten sind immer geringer als bei den Karbonatplattformen vom T-Typ.

Karbonatplattformen vom Typ M

Karbonatplattformen vom M-Typ sind gekennzeichnet durch eine innere Plattform, eine äußere Plattform, einen oberen Hang aus mikrobiellem Boundstone und einen unteren Hang, der oft aus Brekzien besteht . Der Hang kann steiler sein als der Schüttwinkel von Kies, mit einer Neigung von 50°.

Bei den Karbonatplattformen des M-Typs findet die Karbonatproduktion hauptsächlich am oberen Hang und im äußeren Teil der inneren Plattform statt.

Der Cimon del Latemar (Provinz Trento, Dolomiten, Norditalien) stellt die innere Lagune einer fossilen Karbonatplattform dar. In einer Umgebung, wie sie im Bild der Florida Bay beschrieben wurde, fand eine kontinuierliche Sedimentation statt und führte bei starkem Absinken zur Bildung einer Sedimentreihe, die daher eine beträchtliche Mächtigkeit erlangte.

Karbonatplattformen im geologischen Rekord

Sedimentsequenzen zeigen Karbonatplattformen, die so alt sind wie das Präkambrium , als sie durch stromatolitische Sequenzen gebildet wurden . Im Kambrium wurden von Archaeocyatha Karbonatplattformen gebaut . Während des Paläozoikums wurden Brachiopoden (Richtofenida) und Stromatoporoidea Riffe errichtet. In der Mitte des Paläozoikums wurden Korallen zu wichtigen Plattformbauern, zuerst mit Tabulata (aus dem Silur ) und dann mit Rugosa (aus dem Devon ). Scleractinia werden wichtige Riffbauer beginnen erst im Karn (obere Trias ). Einige der besten Beispiele für Karbonatplattformen befinden sich in den Dolomiten , die während der Trias abgelagert wurden. Diese Region der Südalpen enthält viele gut erhaltene isolierte Karbonatplattformen, darunter Sella , Gardenaccia , Langkofel und Latemar . Die mittlere liassische Karbonatplattform des "bahamischen Typs" von Marokko (Septfontaine, 1985) ist durch die Anhäufung von autozyklischen regressiven Zyklen , spektakulären supratidalen Ablagerungen und vadosen diagenetischen Merkmalen mit Dinosaurierspuren gekennzeichnet . Die tunesischen Küsten-"Chotts" und ihre zyklischen schlammigen Ablagerungen stellen ein gutes aktuelles Äquivalent dar (Davaud & Septfontaine, 1995). Solche Zyklen wurden auch auf der mesozoischen arabischen Plattform, Oman und Abu Dhabi (Septfontaine & De Matos, 1998) mit derselben Mikrofauna von Foraminiferen in einer fast identischen biostratigraphischen Abfolge beobachtet.

Hoher Atlas mittlerer Lias-Karbonatplattform von Marokko mit autozyklischen regressiven Zyklen erster Ordnung
Meterskalige peritidale Sedimentzyklen in zwei Aufschlüssen des mittleren Lias (frühen Jura) Marokkos. Die beiden Aufschlüsse sind 230 km voneinander entfernt. Sturmbetten und möglicherweise Tsunamiten umfassen reichlich überarbeitete Foraminiferen. Dieses Bild ist ein Beispiel für die Kontinuität peritidaler Zyklen in einer Karbonatplattformumgebung.
Virtuelle metrische "flacher Aufwärtssequenz" beobachtet entlang (mehr als 10.000 km) des südlichen Tethyan-Rands während der mittleren Lias-Zeit. Die (Mikro-)Fossilien sind bis in den Oman und darüber hinaus identisch.

In der Kreidezeit gab es Plattformen, die von Bivalvia ( Rudisten ) gebaut wurden.

Sequenzstratigraphie von Karbonatplattformen

Hinsichtlich der Sequenzstratigraphie siliziklastischer Systeme weisen Karbonatplattformen einige Besonderheiten auf, die damit zusammenhängen, dass Karbonatsedimente meist unter Einwirkung lebender Organismen direkt auf der Plattform abgeschieden werden, anstatt nur transportiert und abgelagert zu werden. Unter diesen Besonderheiten können Karbonatplattformen ertrinken und können Sedimentquelle durch Hochstand- oder Hangabwurf sein.

Ertrinken

Das Ertrinken einer Karbonatplattform ist ein Ereignis, bei dem der relative Meeresspiegelanstieg schneller ist als die Akkumulationsrate auf einer Karbonatplattform, was schließlich dazu führt, dass die Plattform unter die euphotische Zone eintaucht . In den geologischen Aufzeichnungen einer ertrunkenen Karbonatplattform verwandeln sich neritische Ablagerungen schnell in tiefmarine Sedimente. Typische Hartböden mit Ferromanganoxiden , Phosphat- oder Glaukonitkrusten liegen zwischen neritischen und tiefmarinen Sedimenten.

In den geologischen Aufzeichnungen wurden mehrere ertrunkene Karbonatplattformen gefunden. Es war jedoch nicht ganz klar, wie das Ertrinken von Karbonatplattformen genau abläuft. Moderne Karbonatplattformen und Riffe wachsen schätzungsweise um etwa 1.000 μm/Jahr, in der Vergangenheit möglicherweise um ein Vielfaches schneller. 1.000 μm/Jahr Wachstumsrate von Karbonaten übertrifft jeden relativen Meeresspiegelanstieg , der durch langfristiges Absinken oder Veränderungen des eustatischen Meeresspiegels verursacht wird, um Größenordnungen . Aufgrund der Geschwindigkeiten dieser Prozesse sollte ein Ertrinken der Karbonatplattformen nicht möglich sein, was "das Paradoxon ertrunkener Karbonatplattformen und Riffe" verursacht.

Da das Ertrinken von Karbonatplattformen einen außergewöhnlichen Anstieg des relativen Meeresspiegels erfordert , kann es nur durch eine begrenzte Anzahl von Prozessen verursacht werden. Laut Schlager könnten nur ein ungewöhnlich schneller Anstieg des relativen Meeresspiegels oder ein Rückgang des benthischen Wachstums durch sich verschlechternde Umweltveränderungen das Ertrinken von Plattformen erklären. Beispielsweise könnten regionale Downfaultings, submariner Vulkanismus oder Glaziose der Grund für den schnellen Anstieg des relativen Meeresspiegels sein , während beispielsweise Änderungen des ozeanischen Salzgehalts eine Verschlechterung der Umwelt für die Karbonatproduzenten verursachen könnten.

Ein Beispiel für eine ertrunkene Karbonatplattform befindet sich im Huon-Golf , Papua-Neuguinea . Es wird angenommen , durch schnellen Anstieg des Meeresspiegels durch verursacht ertränkt wird Enteisung und Abklingen der Plattform, die koralline aktiviert algal- Foraminiferen Knötchen und halimeda Kalksteine , die zur Deckung der Korallenriffe .

Plattenbewegungen, die Karbonatplattformen in für die Karbonatproduktion ungünstige Breiten transportieren, werden ebenfalls als einer der möglichen Gründe für das Ertrinken vorgeschlagen. Zum Beispiel wird angenommen, dass Guyots, die sich im pazifischen Becken zwischen Hawaii und Marianen befinden, in niedrige südliche Breiten (0-10°S) transportiert wurden, wo äquatorialer Auftrieb stattfand. Hohe Nährstoffmengen und höhere Produktivität führten zu einer Abnahme der Wasserdurchlässigkeit und einer Zunahme der Bioeroder-Populationen, was die Karbonatakkumulation reduzierte und schließlich zum Ertrinken führte.

Hochstand Schuppen

Hochstandabwurf und Hangabwurf

Highstand Shedding ist ein Prozess, bei dem eine Karbonatplattform die meisten Sedimente produziert und während der Hochstände des Meeresspiegels in das angrenzende Becken abgibt. Dieser Prozess wurde auf allen umrandeten Karbonatplattformen im Quartär beobachtet, wie beispielsweise der Great Bahama Bank . Plattformen mit abgeflachter Spitze und steilem Gefälle zeigen einen ausgeprägteren Hochstandabwurf als Plattformen mit leichtem Gefälle und Karbonatsystemen für kaltes Wasser.

Aufgrund der kombinierten Wirkung von Sedimentproduktion und Diagenese ist die Hochstandablösung auf tropischen Karbonatplattformen ausgeprägt . Die Sedimentproduktion einer Plattform nimmt mit ihrer Größe zu, und während des Hochstands wird die Oberseite der Plattform geflutet und die Produktionsfläche ist größer als im Tiefstand , wenn nur ein minimaler Teil der Plattform für die Produktion zur Verfügung steht. Der Effekt einer erhöhten Hochstandproduktion wird durch die schnelle Lithifizierung von Karbonat während Niedrigbeständen verstärkt, da die exponierte Plattformoberseite eher verkarst als erodiert ist und kein Sediment exportiert.

Hangabwurf

Hang Shedding ist ein für mikrobielle Plattformen typischer Prozess , bei dem die Karbonatproduktion nahezu unabhängig von Meeresspiegelschwankungen ist. Das Carbonat - Fabrik, die aus mikrobiellen Präzipitieren Mikrobialithe , ist unempfindlich gegenüber Licht und von der Plattform brechen die Neigung zu hunderten von Metern Tiefe erstrecken. Meeresspiegelabfälle mit einer angemessenen Amplitude würden die Hangproduktionsgebiete nicht wesentlich beeinträchtigen. Mikrobielle Boundstone-Hangsysteme unterscheiden sich in Bezug auf Sedimentproduktionsprofile, Hanganpassungsprozesse und Sedimentbeschaffung bemerkenswert von tropischen Plattformen. Ihre Progradation ist unabhängig von der Sedimentablösung der Plattform und wird hauptsächlich durch die Hangablösung getrieben.

Beispiele für Ränder, die von Hangablösung betroffen sein können, die durch verschiedene Beiträge des mikrobiellen Karbonatwachstums zum oberen Hang und Rand gekennzeichnet sind, sind:

Galerie

Siehe auch

Fußnoten

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