Grundlagen-das System Erde

Zu Klimaveränderungen kommt es

• durch minimale Änderungen in der Sonneneinstrahlung (Erdbahnparameter), plattentektonische Verschiebungen und CO2-Ausgasung (LIP)

• und Rückkopplungen im Klimasystem

(Vulkanausbrüche können zur Abkühlung führen)

Erdbahnparameter ändern Sonneneinstrahlung

1100. 000 und 400. 000 J. Zyklus

Umlaufbahn der Erde von mehr kreisförmig zu mehr elliptisch

> Divergente Plattengrenzen <-->

= abweichend

-Plattentrennung am Ozeanboden bsp. a)Nordamerikanische -Eurasische Platte

-Kontinent bsp. b) Afrikanische-Somalische Platte- Afrikanischer Grabenbruch

Konvergente Plattengrenze —> <—

Ozean - Kontinent: Nazca Platte -Südamerikanische Platte

-Ozeanische Kruste wird subduziert und wieder aufgeschmolzen

-Vulkanismus

-Akkretionsheil: marine Sedimente werden abgeschabt

Ozean - Ozean: Phillippinische Platte-Pazifisch (Marianengraben)

-ozeanische Kruste unter andere subduziert

-Bildung vulkanischen Inselbogens

Kontinent- Kontinent: Himalaya, Alpen

-eher Aufschieben als Subduktion

aneinander Entlag

-laterale Verschiebung von Platten, Um da Erde gekrümmt

Bsp. mittelozeanische Rücken

oder San Andreas Verwerfung

· Wärme im Erdinneren von Akkretion der Erde und radioaktiver Zerfall

· Antrieb Mantelkonvektion

Modell beschreibt Öffnung-Schließung von Ozeanbecken sowie

Bildung und Zerfall von Superkontinenten im Rahmen der Plattentektonik

wirkt auf Klima, Änderungen Erdkruste,

bildet Becken, welche Sediment aufnehmen

• Archive für Verwitterungsintensität, Transportenergie & -medium, Umweltbedingungen,

Klimageschehen, Evolution, Erdgeschichte

• wichtige Rohstoff-Lagerstätten (Erdgas, Erdöl, Kohle, Steinsalz, Phosphorite, Erze)

• Grundwasser-Aquifere

• Standorte für Deponien und Endlager

· Lockermaterial aus festen Partikeln (erodiert oder bioge gebildet)

-Partikel: Gesteinsbruchstücke, Minerale, Teile von Pflanzen/ Tieren bzw. Hartschalen, anorg. Minerale z. B. Salz (Halit), Gips

· Transport von Partikeln: Flüsse, Meeresströmung, Wind, Schwerkraft

· Sedimente können auch durch chem. Ausfällung d. Lösung entstehen ( chem. Sedimente, dann kein Lockermaterial)

-> im gleichen Becken abgelagert,wo Partikel entstanden

· Biogene Sedimente

· Chem. Sedimente (Evaporite, Phosphorite)

-> Ablagerungsort entspricht nicht Entstehungsort.

· Klastische Sedimente

↳terrigene Sedimente, Entstehung durch Erosion und Verwitterung aus Gesteine

(Ton, Sandstein, Konglomerate& Breccien, Pyroklastische Sedimente und Gesteine)

-aus Klasten (Gesteinsfragmenten, Mineralen) bestehendes Lockermaterial. -terrigene Sedimente

-Entstehung: mechanische Zerkleinerung (Erosion) und chem. Verwitterung anderer Gesteine

-Unterschieden durch: -Korngröße, Material, Genese (= Entstehung)

-(Ton, Sandstein, Konglomerate& Breccien, Pyroklastische Sedimente und Gesteine)

-Ursprungsgestein oder Herkunf der Partikel

-Transportmechanismus (Partikel rundet, echig, groß, klein, ...

-Ablagerung und Diagenese

-> gesteinsbildende Minerale

Häufigsten:

Plagioklas, Alkalifeldspäte, Quarz, Pyroxene

-Inselsilikate (Nesosilikate)Bsp. Olivin -> Tetraeder als Einzelbausteine

-Gruppensilikate (Sorosilikate)Bsp. Epidot -> zwei verknüpfte Tetraeder

- Ringsilikate (Cyclosilikate) -> durch Polymerisation d. Tetraeder-Gruppen Bsp. Beryll

-Kettensilikate (Inosilikate) -> Einfach, Doppelketten

= Pyroxene (Einfachhelten)

Amphibole (Doppelketten)

-Schicht-o. Blattsilikate (Phyllosilikate)

-> Bauelemente: Tetraederschicht, Oktaederschicht

Vertreter: Glimmer, Tonminerale, Tall, Chlorit

-Gerüstsilikate (Tektosilikate)

-> 3D-Netz aus Tetradern

Vertreter: Quarz, Feldspat häufigste Mineralgruppe der Erdkruste

Mit zunehmender Komplexität der Silikatminerale nimmt die Kristallisationstemperatur ab.

D.h. einfache Silikatminerale (Inselsilikate wie Olivin) kristallisieren bereits bei hohen Temperatur,

Während Gerüstsilikate (Quarz, Feldspäte) erst bei niedrigeren Temperaturen kristallisieren.

Vulkanite (Ergussgesteine)

• geraten schnell an die Erdoberfläche

• erstarren in kurzer Zeit

• feinkristalline, oft glasige Matrix, einzelne Minerale meist nicht erkennbar mit blossem Auge.

Häufigste Vulkanite: Basalte

Mineralbestand von Basalten:

Ca-reicher Plagioklas , Pyroxene, Olivin

• Basalte haben hohe Konzentration von Fe, Mg, Ca

• Andesit hat mehr SiO2 als tholeiitischer Basalt. Anteil dunkler Minerale höher als bei Graniten

• Basalte typisch für ozeanische Erdkruste

Plutonite (Erstarrungsgesteine)

• entstehen in größeren Tiefen

• erstarren langsam

• Plutone, in der Kruste erstarrte Magmen

• grobkristallin, d.h. Minerale sind relativ groß und es gibt keine glasige Grundmasse

• Häufigster Plutonit: Granit (Feldspat, Quarz, Glimmer), hohe Konzentration von Si, K, Na

• Granit häufigstes Gestein der kontinentalen Erdkruste

•Verwitterung: Prozess der Gesteine zu Sedimentpartikeln zerkleinert

•Erosion: Prozess der Partikel vom Ursprungsgestein entfernt

•Transport: durch Wind, Schwerkraft, fließend Wasser, Gletscher

•Auflockerung des Gesteinverbandes

•Volumenänderung durch

· uplift (nachlassenden Vertikalen Druck -> Risse)

· Temperaturänderung

· Forstsprengung

· Steinschlag (Gebiet mit Relief)

· mechanische Zerkleinerung (Gletscher, Hangrutschungen, Steinschlag)

↳ größere Oberfläche, an der chem. Verwitterung angreifen kann

•Es kommt zu chem Veränderung bis Auflösung d. Minerale:

• Lösung (z. B. von Karbonaten, Steinsalz):

· Übergang von Gestein in gelöste Ionen

CO2 + Wasser-Kohlensäure HzCOz-

Lösung von Evaporiten: Ca, Na, K, Cl, SO42-

•Hydrolyse (Alumo-Silikate)

· Lösung und Neubildung von Tonmineralen

->Elemente oxidiert, bilden schwerlösliche Metall-Oxide (Quarz: sehr stabil\ Mafische Min.(Magnetit): leicht, da hoher Fe-Gehalt)

-Silikatverwitterung: Alkalifeldspat + Wasser ->Tonmineral + Kieselsäure

↳ reduziert CO2-Gehalt, reguliert Klima (100 Miot. )

-Produkte: Tonminerale, Ionen (Na+), Sand (Quarzminerale)

↳ fortschreitend: Verlust Si, Entstehung Aluminiumhydroxide

-begünstigt durch Temperatur, Wasser (Niederschlag)

-Eigenschaften: 3Phasen, hohe Wärmekapazität, gutes Lösungsmittel

↓

Dipolare Hz0-Moleküle-> Bindung von Ionen mit Wassermolekülen sehr stark

durch Schwerkraft, Gletscher, fließendes Wasser, Wind

Über die Bereitstellung von Material, die Strömungs-/ Transportenergie und die Art des Transportes

entstehen in Abhängigkeit von Korngröße und Strömungsgeschwindigkeit

Ton (wird von Tonmineralen dominiert)

Silt

Sand

Kies

Steine

Blöcke

• Darstellung in Histogramm

• unimodal: eine dominante Korngröße (z.B. feiner Sand)

  bimodal: zwei dominante Korngrößen (z.B. 30% Kiesel, 70% mittlerer Sand)

Quarzkörner in der Größe der Quarzkristalle im Gestein und Tonminerale (Kaolinit, Smectit, Illit) durch Verwitterung von Feldspäten

fast ausschließlich Bildung von Tonmineralen keine Entstehung von Sandkörnern, weil feinkörniges Gestein

Im Hjulström-Diagramm werden Erosion, Transport und Ablagerung von Sedimentpartikeln in Fließgewässern in Abhängigkeit von der Korngröße des Sediments und der Fließgeschwindigkeit des Gewässers dargestellt.

Sinkgeschwindigkeit (n) in stehenden Gewässern

-> Abhängig von Größe& Dichte

-> nur für einzelne, kugelförmige Partikel

• Ruhigem Fließen: entstehen Strömungsrippeln unterschiedlicher Größe, die eine Bestimmung der Strömungsrichtung zulassen.

• Bei schießendem Fließen entstehen Hochenergie-Laminite und Gegenrippeln

• In stehenden Gewässern entstehen Wellenrippeln

· Bildung vor tektonisch aktiven Gebirgsketten

· lokal begrenzt, Ausbreitung aus Tall schlucht ins Vorland

· Sedimenttransport durch gravitative Sedimentströme/Massentransporte, weniger durch fließendes Wasser

· Marine Deltas

· Ästuare& Küsten

· Schelf

· Tiefsee

Flussdominierte Deltas: Mississippi Delta

-Fluviale Transportkraft hoch

-Sediment aufbau Richtung Meer-Flusslauf verlangert

-gebilde aus Flussrinnen, Lagunen, Sandbarren

-geringer Tidenhub

-kein auflandiger Seegang

Wellen dominierte Deltas: Niger-Delta

-grobkörnige Strandwälle verlaufen Küstenparallel, planare Schrägschichtung

↳ schützen hinteres Flusssystem, führen zu feinkörnigen Ablagerungen in Seen/Überflutungsflächen

-Bodenfracht durch auflaufende Wellen entlang Küste zu Strandwallen /Barrieres ander aufgehäuft, Feinfracht wird ausgetragen

Gezeitendominierte Deltas: (Fly-Delta)

-tief ins Land eingeschnitten

-langgestrechte Strominseln

-Bildung von Gezeitenwechselschichtung

Mikro-, Meso-, Makrotidal

Abhängig von Gezeiten- und Wellenenergie

-dynamisch und von starker Sedimentumlagerung gekennzeichnet

-mesotidale Bedingungen, hoher Wellengang

-feinkörnige Schlickablagerungen (Rückseitenwatt)

-Contourite im Bereich starker Bodenströmungen

-Turbidite am Schelf

O, Si, Al

Quarz, Feldspat, Tonminerale

Korngröße, Verwitterungsgrad, Umgebungsgestein

Lokation (offener Ozean, Schelfmeer, Klimabereich, -)

· Biogen (50% )->

Karbonate (Kalhalgen) CaCO3

Opal (Kieselalgen)SiO2

Org. Material TOC

· Lithogen-> terrigen (Quarz, Tonminerale) Al/ Ti, vulkanogen

· Hydrogen Mar gebildet (Metalloxide)

-Foraminiferen

-Coccolithophoriden

-Moderne Korallen

- Pteropoden /Flügelschnecken)

- Mollusken

-Kalzit (häufig Kalziumkarbonat (aCO3)

· wenig verwitterungsresistent, weicher

-Aragonit

—> primär abiotisch und biotisch gebildet

-Dolomit —> durch Diagenese (Gesteinsbildung) gebildet

-Pelagischer Karbonatschlamm: eher flache Bereiche offener Ozean, Ablagerung oberhalb Karbonatkompensationstiefe CLD

-Karbonatplattformen (tropische Kontinentalränder, warme Flachwasserbereiche

-Riffe (hohes Relief -abgesunkene Vulkane, Atollbildung)

Bedingungen:

-Abgeschlossener Meeresbereich

-Aride Bedingungen: Verdunstung (Evaporation) höher als Niederschlag

Dann:

Trockenes (warmes) Klima  hohe Verdunstungsraten (Evaporation >>> Niederschlag)

Zufuhr von Fluss-/Meerwasser mit hoher Ionenkonzentration  Aufkonzentration, Anstieg vom

Salzgehalt, Präzipitation (wenn Sättigung erreicht)

Verdunstung von Meerwasser  Konzentration der darin enthaltenen Ionen steigt an

 Ausfällung der Minerale entsprechend ihrer unterschiedlichen Löslichkeitsprodukte

Marine Eindampfungsreihenfolge immer gleich:

Kalzit – Dolomit –Gips/Anhydrit – Halit – Mg/K-Chloride und -Sulfate

• Oberhalb der CCD

• Karbonatplattformen (flaches Relief, eher Kontinent-nah)

• Riffe (Saumriff bei Inseln, Atoll bei abgesunkenen Inseln)

• Lysokline: Wassertiefe, unterhalb der Kalzit/Aragonit im Wasser untersättigt sind

• Karbonat-Kompensationstiefe CCD: bezeichnet die Grenze, unterhalb der Kalzit/Aragonit vollständig gelöst sind

Bedingungen:

-Abgeschlossener Meeresbereich

-Aride Bedingungen

↳ Verdunstung (Evaporation) höher als Niederschlag

welche Minerale: Calcit, Natriumchlorid

Marine Eindampfungsabfolge: Karbonat – Dolomit – Gips/Anhydrit – Halit – K/Mg-Salze

· Salzseen -Einstrom ohne Ausstrom (Totes Meer 28% Salzgehalt)

· Salzpfannen -episodische Zuflüsse von Ton und Salz

· Versalzungen-Steppen/Halbwüsten

↳ Anthropogen ausgelöst durch v. A. falsche Bewässerung Landwirtschaft

abgesenkte Gebiete in der Erdkruste, durch Tektonik entstanden, Ablagerungsraum für Sedimente

geologische Methode zur Rekonstruktion der Geschichte eines Sedimentbeckens durch die

Untersuchung der Sedimente

• Beckenbildung durch Subduktion und Kollision (indische -eurasische Platte)-> aktiven Kontinentalrändern

• ... Krustendivergenz (Ostafrikanisches Grabenbruchsystem)-> Riftbecken

• ... Intrakontinentale Becken ↓ (Congo Basin)

• Becken an passiven Kontinentalrändern (Atlantikküste)

• Beckenbildung signifikant vor Sedimentation gestartet: prä-sedimentäres Becken

• Beckenbildung und Sedimentation verlaufen gleichzeitig: syn-sedimentäres Becken

• Beckenstruktur bildet sich erst nach der Sedimentation: post-sedimentäres Becken

• Sande/ Kies

• Gebrochene Natursteine

• Braunkohle