Composition of sediments, rocks, and ores from the Northern and Equatorial Indian Ocean

The monograph has been written on the base of data obtained from samples and materials collected during the 19-th cruise of RV ''Akademik Vernadsky'' to the Northern and Equatorial Indian Ocean. Geological features of the region (stratigraphy, tectonic structure, lithology, distribution of ore-forming components in bottom sediments, petrography of igneous rocks, etc.) are under consideration. Regularities of trace element concentration in Fe-Mn nodules, nodule distribution in bottom sediments, and engineering-geological properties of sediments within the nodule fields have been studied. Much attention is paid to ocean crust rocks. The wide range of ore mineralization (magnetite, chromite, chalcopyrite, pyrite, pentlandite, and other minerals) has been ascertained.

Preliminary lipid analyses of two Quaternary sediments from DSDP Holes 66-487 and 66-491

We investigated the solvent-extractable hydrocarbons, ketones, alcohols, and carboxylic acids of two Quaternary sediments from the Middle America Trench (Sections 487-2-3 and 491-1-5). These lipids are derived from a mixed input of autochthonous and allochthonous materials, with minor contributions from thermally mature sources. Their compositions are typical of those of immature Quaternary marine sediments, and their lipid distributions show many similarities to those of Japan Trench sediments.

Microflora from Molasse sediments in southern Germany

1. Polleninventar: Erstmals wurde der Sporomorpheninhalt der Süssbrackwassermolasse und der Oberen Süsswassermolasse Südbayerns einer umfassenden Sichtung unterzogen. Von den überprüften 92 Fundstellen erwiesen sich 55 als sporomorphenführend. Nur 15 davon waren so ergiebig, daß ihr Inhalt quantitativ erfaßt und als Grundlage für die Erstellung eines Diagramms herangezogen werden konnte. Dennoch weist der systematische Katalog 272 Formen auf. Dies ist eine im Vergleich mit anderen, in neuerer Zeit bearbeiteten neogenen Pollenfloren Mitteleuropas sehr große Zahl, wie folgende Angaben belegen: Niederrheinische Braunkohle 175 Arten, Braunkohle der Oberpfalz 138 Arten, subalpine Flözmolasse Bayerns 93 Arten und subalpine Molasse der Ostschweiz und der zentralen und westlichen Paratethys 219 Arten. Dieser Reichtum erklärt sich unschwer aus der Größe des Untersuchungsgebietes, das vom Allgäu im Westen bis an die Salzach im Osten reichte. Überwiegend gehören die nachgewiesenen Formen gutbekannten Arten bzw. Formenkreisen an. Deshalb wurde lediglich die Aufstellung von 2 neuen Gattungen, 19 neuen Arten sowie 5 Neukombinationen nötig. Neue Genera: Nr. (165) Ludwigiapollis Nr., (248) Caesalpiniaceaepollenites, 311 Neue Spezies: (039) Polypodiaceoisporltes subtriangularis, (046) P. pityogrammoides, (067) Perinomonoletes imperfectus, (124) Cycadopltes gemmatus, (125) C. concinus, (133) Lillacidites tener, (137) Nupharipollenites microechinatus, (150) Polyporopollenites nanus, (161) Porocolpopollenites subrotundus, (165) Ludwigiapollis labiatus, (169) Sporotrapoidites cucculatus, (190) Tricolpopollenites cribosus, (192) T. variabilis, (204) Tricolporopollenites pulcher, (210) T. operculiferus, (213) T. pseudomarcodurensis, (217) T. magnolaevigatus, (245) Umbelliferaepollenites achldorfensis, (248) Caesalpiniaceaepollenites antiquus Neukombinationen: (081) Pityosporites koraensis, (128) Magnoliaepollenites magnolioides, (130) M. graciliexinus, (168) Sporotrapoidites erdtmannii, (177) Chenopodipollis psilatoides. Für die meisten der vorgefundenen Sporomorphen sind die Lieferpflanzen bereits bekannt. Dennoch gingen parallel zur Bestimmung, d.h. der Zuordnung der Funde zu Gruppen des morphographischen Sporomorphensystems, die Bemühungen auch dahin, solche Lieferpflanzen, v.a. der selteneren oder neu gefundenen Sporomorphen, zu ermitteln; einige der neuen Arten sind in ihrer Verwandtschaft eindeutig, was durch die Benennung zum Ausdruck gebracht wird (s.o). Für die Mehrzahl der neuen Spezies und für viele bisher in ihrer Verwandtschaft unklare Formen ließ sich die botanische Deutung zumindest eingrenzen. Dies gelang für 148 Formen. Es handelt sich dabei teils um subtropisch-tropische Gewächse, teils aber auch um Pflanzen gemäßigter Klimata. Für genaue Zuweisungen sind jedoch umfangreiche Rezentvergleiche nötig, die einer eigenen Bearbeitung vorbehalten bleiben müssen. Auch einige als Sammelgruppen behandelte Formenkreise erfordern für eine Aufgliederung detailliertere Untersuchungen als sie in diesem Rahmen durchführbar waren. (z. B. Tricolpopollenites asper, T. sp. 2 u.a.). Andere Formen und Gattungen wiederum erwiesen sich dagegen als viel zahlreicher und leichter differenzierbar als bisher angenommen (z. B. Pinaceen, Magnoliaceen, Cyperaceen). In diesem Zusamenhang ist auch zu erwähnen, daß von Hemitrapa zwei Arten mit offensichtlich stratigraphischer Aussagekraft unterscheidbar sind; die Interpretation von Tricolporopol1enltes wackersdorfensis sensu MOHR & GREGOR (1984) als Gleditsia muß nach vorliegenden Erkenntnissen dagegen in Frage gestellt werden. Für 36 Formspezies blieb die Lieferpflanze völlig unbekannt oder es lassen sich höchstens vage Vermutungen anstellen. 2. Biostratigraphie: Fragen der Brauchbarkeit von Mikrofloren für die stratgraphische Gliederung der jüngsten Molassesedimente Südbayerns bildeten den zweiten Schwerpunkt vorliegender Bearbeitung. a) Reichweite: Die Fülle des gefundenen Sporomorphenmaterials brachte es mit sich, daß bei etlichen Formen eine weitere stratigraphische Reichweite als bisher angenommen festgestellt wurde. Zum Teil wurde diese Revision durch die Neugliederung des Paratethys-Miozäns nötig. b) Palynologische Gliederung: Im Laufe der Untersuchungen zeigte sich bald, daß allein auf der Basis der mikrofloristischen Bearbeitung kein von anderen Fossilresten unabhängiges stratigraphisches Gliederungsschema zu finden war. Weder die von anderen Autoren favoritisierte Leitformen-Methode, noch die Aufgliederung nach Klimaelementen ergab ein brauchbares Bild. Lediglich die bekannte generelle Abnahme der miozänen, paläotropischen und thermophilen Elemente und die Zunahme der pliozänen, arktoteriären und gemäßigten während des Neogens ließ sich deutlich ausmachen. Dagegen ermöglicht die Berücksichtigung des Sporomorpheninhalts eine Ergänzung und Deutung der vertebrat-stratigraphisch ausgeschiedenen Abfolgen. Voraussetzung ist die Möglichkeit einer Zuordnung zu einer natürlichen Art, Gattung oder wenigstens Familie und daraus ableitbar wiederum die Zuordnung zu einer oder mehreren Pflanzengesellschaften. Aufgeteilt nach Diversität, Dominanz und Verhältnis von 'Feuchtpflanzen' bzw. autochthonen Gemeinschaften zu mesophilen Phanerophyten bzw. allochthonen Gemeinschaften lassen sich in Südbayern fünf Pollenbilder erkennen, die mit den MN-Einheiten der Zoostratigraphie in Beziehung gebracht werden können. Die Pollenbilder 1 und 2, ungefähr entsprechend den Säugereinheiten 4b und 5, dokumentieren gattungsreiche, polydominante Mikrofloren, deren Lieferpflanzen vor allem verschiedenen Naß- und Feuchtgesellschaften angehören. Dementprechend sind Pteridaceen, Schizaeaceen, Cyperaceen und Poaceen relativ häufig. Das Pollenbild 1 (Langenau und Rauscheröd) zeichnet sich durch eine gewisse Artenarmut aus, wohingegen im Pollenbild 2 (Hitzhofen und Rittsteig) die Diversität zunimmt und Palmenpollen neben anderen mesophilen Akzessorien eine merkliche Rolle spielt. Bemerkenswert ist in den Entnahmeprofilen das Vorkommen kohliger Sedimente. Bezeichnend für Sporomorphenbild 3 sind oligodominante Mikrofloren, zusammengesetzt aus Elementen artenarmer Au- und Sumpfwälder (Taxodiaceen, Cyperaceen) sowie mesophiler 'Pionierwälder' (Pinaceen, Leguminosen). Fehlende Kohlebildung und das Zurücktreten mesophiler, d. h. allochthoner Lieferpflanzen sind weitere Charakteristika. Dieses Sporomorphenbild mit den Fundpunkten Gallenbach und Unterneul enspricht ungefähr der Säugereinheit MN 6. Die beiden stratigraphisch jüngsten Pollendiagramme 4 und 5 setzen sich deutlich von dem vorhergehenden ab. Belegt sind nun wiederum gattungsreiche, polydominante Pflanzenge seIl schaften feuchter, aber nicht nasser Biotope, in denen es ebenfalls mancherorts zur Kohlebildung kam. Gegenüber den Sporomorphenbildern und 2 ist der Anteil mesophiler Lieferpflanzen deutlich erhöht auf Kosten der Feuchtelemente. Letzteres gilt vor allem für das Sporomorphenbild 5 (Leonberg), in dem Fagaceen Pollen (Quercus, Fagus) vorherrscht. sporomorphenbild 4 entspricht annähernd MN 8 mit den Fundpunkten Hassenhausen und Achldorf, während Leonberg, nahe Marktl gelegen, MN 9 zugehört. Auf dem Umweg über diese an der Säugetierstratigraphie 'geeichten' Mikrofloren gelingt es, stratigraphisch unsichere Fundpunkte, wenn sie nur genügend formen- und individuenreich sind (Burtenbach, Lerchenberg, Wemding), einzuordnen. Auf diese Weise ergibt sich die in Diagramm 10 dargestellte Reihung vom Liegenden zum Hangenden. Dürftige Sporomorphenfloren oder Floren, die ausschließlich autochthone Feuchtelemente zeigen, können pollenstratigraphisch nicht sicher angesprochen werden, weil ihr Pollendiagramm undeutlich bleiben muß. Entsprechend der anerkannten Unterstellung, daß Phytostratigraphie zugleich Klimastratigraphie ist, läßt die dargestellte, im Grunde auf der Ausscheidung verschiedener Ukotypen basierende Gliederung sich auch paläoklimatisch interpretieren: Danach ist das verarmte Sporomorphenbild 3 in Südbayern als Ausdruck des vegetationsgeschichtlichen Pessimums anzusehen. Da die nachgewiesenen Sippen noch höhere Wärmeansprüche besitzen, ist nicht ein Temperaturrückgang, sondern ein Absinken der Niederschlagsmenge als begrenzender Faktor am wahrscheinlichsten und auf diese Weise das Ausbleiben von Pollen mesophiler Phanerophyten des Hinterlandes einleuchtend. 3. Paläogeographie: Bei dem Versuch, mit benachbarten Gebieten stratigraphische Beziehungen herzustellen, ergab sich, daß dies zwar über eine kürzere Entfernung recht gut gelingt, daß aber vor allem zu den Mikrofloren der niederrheinischen Braunkohle ein signifikanter Unterschied besteht: In Süddeutschland lassen die Pollendiagramme auf eine raschere Veränderung in der Zusammensetzung der Wälder schließen. Mit anderen Worten: altersgleiche Mikrofloren in Nordwestdeutschland täuschen ein höheres Alter vor. Erst im Obersarmat ähneln sich die jeweiligen Sporomorphenbilder. Damit erklärt sich auch, daß frühere Bearbeiter Schwierigkeiten hatten, mikrofloristische Befunde aus Süd- und Nordwestdeutschland miteinander zu korrelieren. Als Ursache für dieses überraschende Phänomen einer mittelmiozänen Diagrammverschiebung wird die stärkere, sprich länger andauernde maritime Beeinflussung des Niederrheingebietes angesehen.

Grain size distribution and percentiles of the sand component from sediments obtained in the southern Great Belt, Baltic Sea

Im Sedimentationsraum der südwestlichen Ostsee verdient der nordöstliche Teil der Kieler Bucht besonderes Interesse. Dort öffnet sich die wichtigste Verbindung zwischen Ostsee und Nordsee. Von den Austauschvorgängen, durch welche diese Meeresräume aufeinander Einfluß nehmen, ist gerade jenes Gebiet entscheidend betroffen. Die Beobachtung der Dynamik des Austausches, die Beobachtung der Transportlast, welche von den Wassermassen bewegt wird, und schließlich auch die Beobachtung der Beziehungen, welche sich zwischen dem Zusammentreffen von Wassermassen unterschiedlicher physikalischer Eigenschaften und der Sedimentbildung ergeben, läßt deshalb vor allem dort wesentliche Hinweise zum Verständnis der Sedimentationsvorgänge in der südlichen Ostsee erhoffen. In der vorliegenden Arbeit wurden an 49 Durchschnittsproben die Korngrößenverteilungen und Schwermineralgehalte von Sedimenten aus dem Südausgang des Großen Beltes untersucht. 1. Es wurden sechs in sich morphologisch etwa gleichwertige Gebiete ausgegliedert, die jeweils durch Sedimente mit ähnlichen Korngrößenverteilungen ausgezeichnet sind. Nach Lage, Typ und genetischer Ausdeutbarkeit fügen sich diese Gebiete dem von O. PRATJE (1939, 1948) gegebenen Modell der Sedimentationszonen gut ein. 2. Innerhalb dieser Gebiete ergibt sich für Sande in mehr als 20 m Wassertiefe südwärts gerichteter Transport. Oberhalb dieser Tiefe läßt sich stellenweise nordwärts gerichteter Transport nachweisen. 3. Der Schwermineralgehalt der Sedimente bleibt immer unter zwei Prozent. Die höchsten Anteile (1,7 bzw. 1,9%) werden in den Sedimenten der Tiefen Rinne und der ufernahen Bereiche des Großen Beltes angetroffen. 4. Die Korngrößenverteilungen der Sedimente werden nach der Lage der Modi in bis zu drei (Kies-, Sand-, Silt-) Komponenten zerlegt. Die Beteiligung der Silt-Komponente wird entscheidend von der Salzgehaltssprungschicht beeinflußt. 5. Es bestehen offensichtlich Zusammenhänge zwischen der Schlicksedimentation und der Salzgehaltsschichtung auch in der weiteren südlichen Ostsee.

Magnetic properties of basalts and sediments of ODP Leg 135 sites

Paleomagnetic and rock-magnetic investigations of basalts from Hole 834B in the Lau backarc basin and of sediments from Holes 841A and 841B at the Tonga Ridge are reported. Three groups of blocking temperatures in the basalts suggest the presence of at least three magnetic phases: pure magnetite, a Ti-poor titanomagnetite, and a Ti-rich phase. The drill-string-induced remanence in the basalts is typically between three and six times the original normal remanent magnetization intensity, but it is mostly removed by alternating-field (AF) cleaning in 5 mT. Volume susceptibility values range from 0.04 * 10**-3 to 4 * 10**-3 cgs. The modified Q-ratio J5/sus ranges from 0.5 to 10. The drill-string-induced remanence behaves different in the two sediment cores from Holes 841A and 841B, which may be the result of differences in the sediment or caused by the different drilling equipment used. The AF-cleaned inclinations of the sediment in Holes 841A and 841B suggest a slight flattening with increasing depth (up to 6° under a load of 400 m of sediment) to be present. This flattening is likely to be caused by the differential rotation of detrital particles under compaction during diagenesis.

Neogene Radiolarians in Neogene sediments of the Norwegian Sea

Radiolaria are present in frequencies ranging from rare to abundant and with generally moderate to good preservation quality in Leg 104 sediments younger than 22 Ma. Preservation degrades in progressively younger sediments, and upper Pliocene to mid-Pleistocene radiolaria were found only at Site 644, where sporadic assemblages of moderate to poorly preserved specimens persist to approximately 0.75 Ma. Radiolaria are essentially absent in Leg 104 recovery older than basal Miocene. The stratigraphic ranges of 55 taxa of radiolaria are documented in 451 samples from the biosiliceous recoveries of Holes 642B, 642C, 642D, 643A, and 644A. The stratigraphic ranges of 25 of these species are used as boundary criteria for a new system of 28 Neogene zones and subzones that are used to characterize approximately 72% of the past 22 m.y. of sedimentation on the Vriring Plateau. This new scheme is intended to supercede the NRS zones provisionally proposed in the Leg 104 Initial Reports. The applicability of this regional biozonation beyond the Wring and Iceland Plateaus is not presently known. The radiolaria biostratigraphy serves as a basis for inferring a sequence of hiatuses and faunal overturns that may be associated with sea-level low stands and consequent cold-water isolation of the Norwegian Sea. Twenty-one new taxa are described as follows: Actinomma henningsmoeni, Actinomma livae, Actinomma mirabile, Actinomma plasticum, Ceratocyrtis broeggeri, Ceratocyrtis manumi, Ceratocyrtis stoermeri, Clathrospyris vogti, Corythospyris hispida, Corythospyris jubata sverdrupi, Corythospyris reuschi, Crytocapsella ampullacea, Cyrocapsella kladaros, Gondwanaria japonica kiaeri, Hexalonche esmarki, Larcospira bulbosa, Phormospyris thespios, Pseudodicytophimus amundseni, Spongotrochus vitabilis, Spongurus cauleti, and Tessarastrum thiedei.

Calcareous nannofossil stratigraphy and datums of sediments from ODP Leg 198 sites

During Ocean Drilling Program Leg 198, Sites 1207, 1208, 1212, 1213, and 1214 were drilled on Shatsky Rise, coring Lower to mid-Cretaceous successions of nannofossil chalk, porcellanite, and chert. Although recovery was poor, these sites yielded an outstanding record of calcareous nannoplankton, providing valuable data concerning the evolutionary succession and paleobiogeography of the largest Cretaceous marine habitat. Mid-Cretaceous sections (Aptian-Cenomanian) were recovered at all sites, and Site 1213 includes an apparently complete Berriasian-Hauterivian section. Biostratigraphic dating is problematic in places because of the absence or rarity of zonal fossils of both Boreal and Tethyan affinity. The majority of nannofossil assemblages are relatively typical of this age, but there are clear differences that set them apart from coeval epicontinental assemblages: for example, Lithraphidites carniolensis is common to abundant throughout and was most likely an oceanic-adapted taxon; the cold- to temperate-water species Crucibiscutum salebrosum, Repagulum parvidentatum, and Seribiscutum primitivum are entirely absent, indicating the persistence of tropical, warm surface water temperatures; and the warm-water species Hayesites irregularis is common. Most striking, however, is the virtual absence of Nannoconus and Micrantholithus, both taxa that were conspicuous and often common components of many Tethyan and Atlantic nannofloras. These forms were almost certainly neritic adapted and usually absent in deep open-ocean settings away from guyots and platforms. Other Tethyan taxa are also absent or rare and sporadically distributed (e.g., Calcicalathina oblongata, Conusphaera spp., Tubodiscus verenae, and Lithraphidites bollii), and factors related to neritic environments presumably controlled their distribution. Site 1213 also records extended Early Cretaceous ranges for species previously thought to have become extinct during the Late Jurassic (e.g., Axopodorhabdus cylindratus, Hexapodorhabdus cuvillieri, and Biscutum dorsetensis), suggesting these species became Pacific-restricted prior to their extinction. Watznaueria britannica may also have been a species with Pacific affinities before reexpansion of its biogeography in the early Aptian. One new genus (Mattiolia) and thirteen new species (Zeugrhabdotus clarus, Zeugrhabdotus petrizzoae, Helicolithus leckiei, Rhagodiscus amplus, Rhagodiscus robustus, Rhagodiscus sageri, Rhagodiscus adinfinitus, Tubodiscus bellii, Tubodiscus frankiae, Gartnerago ponticula, Haqius peltatus, Mattiolia furva, and Kokia stellata) are described from the Shatsky Rise Lower Cretaceous section.

Composition of organic matter from water, suspended matter, and bottom sediments of Nha Trang Bay, South China Sea

This research has been carried out in the Nha Trang Bay (Southern Vietnam, South China Sea) at a section from the estuary of the Cai River to the marine part of the bay, as well as in the area of coral reefs. River- and sea waters, suspended matter, and bottom sediments are studies. Data on dissolved organic carbon and total nitrogen in water are obtained. Organic carbon concentration is estimated in suspended matter; organic carbon and molecular and group compositions of n-alkanes are determined in bottom sediments. Molecular and group compositions of n-alkanes in bottom sediments of the landfill made it possible to identify three types of organic matter (OM): marine, mixed, and mainly of terrigenous origin. All these types of OM are closely related to specificity of sedimentation and hydrodynamics of waters in this area.

Organic-geochemical and petrographical composition of sediments from ODP Leg 164 sites

Sediments from Holes 994C, 995A, 997A, and 997B have been investigated for "combined" gases (adsorbed gas and that portion of free gas that has not escaped from the pore volume during core recovery and sample collection and storage), solvent-extractable organic compounds, and microscopically identifiable organic matter. The soluble materials mainly consist of polar compounds. The saturated hydrocarbons are dominated by n-alkanes with a pronounced odd-even predominance pattern that is derived from higher plant remains. Unsaturated triterpenoids and 17ß, 21ß-pentacyclic triterpenoids are characteristic for a low maturity stage of the organic matter. The low maturity is confirmed by vitrinite reflectance values of 0.3%. The proportion of terrestrial remains (vitrinite) increases with sub-bottom depth. Within the liptinite fraction, marine algae plays a major role in the sections below 180 mbsf, whereas above this depth sporinites and pollen from conifers are dominant. These facies changes are confirmed by the downhole variations of isoprenoid and triterpenoid ratios in the soluble organic matter. The combined gases contain methane, ethane, and propane, which is a mixture of microbial methane and thermal hydrocarbon gases. The variations in the gas ratios C1/(C2+C3) reflect the depth range of the hydrate stability zone. The carbon isotopic contents of ethane and propane indicate an origin from marine organic matter that is in the maturity stage of the oil window.

Beta-sitosterol and stigmasterol in slope sediments at DSDP Leg 67 Holes

Sediments collected from three continental slope sites of Leg 67 have been examined for total organic carbon content and amount of the sterols beta-sitosterol and stigmasterol. The amount of beta-sitosterol relative to stigmasterol is found to increase landward in the sediment, despite differing ages of the samples studied. The ratio of beta-sitosterol to stigmasterol in near-shore sediments is proposed as a source proximity indicator.

C1-C8 hydrocarbons in DSDP Leg 64 Holes sediments

Sediments from the Baja California Continental Margin Transect - Sites 474 and 476 - showed small amounts of C2-C8 hydrocarbons and functionalized compounds (alkenes) typical of organic-rich, Recent, cold (<30°C) marine sediments. In contrast, some samples from Sites 477, 478, 479, and Hole 481A in the Guaymas Basin, an active spreading center, showed the characteristics of thermally generated hydrocarbons. These include an increase (sometimes exponential) in amount and diversity of C2-C8 hydrocarbons and a decrease in alkenes in more thermally mature sediments. The results indicate that the injection of basaltic sills has minimal effect on C2-C8 hydrocarbon generation except in the immediate vicinity of the sill. The absence of light hydrocarbons close to the hottest sills suggests that the compounds distill away as they are formed in these areas of very active hydrothermal circulation. A sample of young sediment exposed to very high temperatures (>300°C) from deeper thermal sources at the hottest site, 477, showed a very limited hydrocarbon distribution, including primarily ethane, benzene, and toluene, together with smaller amounts of propane and butane.

Distribution, origin, and hydrocarbon-potential of organic matter in sediments from DSDP Leg 66 Holes

As part of an ongoing program of organic geochemical studies of sediments recovered by the Deep Sea Drilling Project, we have analyzed the types, amounts, and thermal alteration indices of organic matter collected from the Pacific continental margin of southern Mexico on Leg 66. The samples were pieces of core frozen aboard ship. Some of them were analyzed by pyrolysis, heavy C15+ hydrocarbons, and nonhydrocarbons to help determine their origin and hydrocarbon potential. Our main objectives were to find out how much organic matter was being deposited; to establish whether it derived from marine or terrestrial sources; to determine the controls of deposition of organic matter; to estimate the hydrocarbon potential of the drilled section; and to compare and contrast organic sedimentation here with that on other margins.

Geochemistry and Mg-isotopes of carbonate sediments and porefluids of ODP Site 130-807

Deep-sea pore fluids are potential archives of ancient seawater chemistry. However, the primary signal recorded in pore fluids is often overprinted by diagenetic processes. Recent studies have suggested that depth profiles of Mg concentration in deep-sea carbonate pore fluids are best explained by a rapid rise in seawater Mg over the last 10-20 Myr. To explore this possibility we measured the Mg isotopic composition of pore fluids and carbonate sediments from Ocean Drilling Program (ODP) site 807. Whereas the concentration of Mg in the pore fluid declines with depth, the isotopic composition of Mg in the pore fluid increases from -0.78 per mil near the sediment-water interface to -0.15 per mil at 778 mbsf. The Mg isotopic composition of the sediment, with few important exceptions, does not change with depth and has an average d26Mg value of -4.72 per mil. We reproduce the observed changes in sediment and pore-fluid Mg isotope values using a numerical model that incorporates Mg, Ca and Sr cycling and satisfies existing pore-fluid Ca isotope and Sr data. Our model shows that the observed trends in magnesium concentrations and isotopes are best explained as a combination of two processes: a secular rise in the seawater Mg over the Neogene and the recrystallization of low-Mg biogenic carbonate to a higher-Mg diagenetic calcite. These results indicate that burial recrystallization will add Mg to pelagic carbonate sediments, leading to an overestimation of paleo-temperatures from measured Mg/Ca ratios. The Mg isotopic composition of foraminiferal calcite appears to be only slightly altered by recrystallization making it possible to reconstruct the Mg isotopic composition of seawater through time.

Chemistry of interstitial waters and sediments at DSDP Leg 64 Holes

Studies of interstitial waters obtained from DSDP Leg 64 drill sites in the Gulf of California have revealed information both on early diagenetic processes in the sediments resulting from the breakdown of organic matter and on hydrothermal interactions between sediments and hot doleritic sill intrusions into the sediments. In all the sites drilled sulfate reduction occurred as a result of rapid sediment accumulation rates and of relatively high organic carbon contents; in most sites methane production occurred after sulfate depletion. Associated with this methane production are high values of alkalinity and high concentrations of dissolved ammonia, which causes ion exchange processes with the solid phases leading to intermediate maxima in Mg++, K+, Rb+, and Sr++(?). Though this phenomenon is common in Leg 64 drill sites, these concentration reversals had been noticed previously only in Site 262 (Timor Trough) and Site 440 (Japan Trench). Penetrating, hot dolerite sills have led to substantial hydrothermal alteration in sediments at sites drilled in the Guaymas Basin. Site 477 is an active hydrothermal system in which the pore-water chemistry typically shows depletions in sulfate and magnesium and large increases in lithium, potassium, rubidium, calcium, strontium, and chloride. Strontium isotope data also indicate large contributions of volcanic matter and basalt to the pore-water strontium concentrations. At Sites 478 and 481 dolerite sill intrusions have cooled to ambient temperatures but interstitial water concentrations of Li+, Rb+, Sr++ , and Cl- show the gradual decay of a hydrothermal signal that must have been similar to the interstitial water chemistry at Site 477 at the time of sill intrusion. Studies of oxygen isotopes of the interstitial waters at Site 481 indicate positive values of d18O (SMOW) as a result of high-temperature alteration reactions occurring in the sills and the surrounding sediments. A minimum in dissolved chloride at about 100-125 meters sub-bottom at Sites 478, 481, and particularly Site 479 records a possible paleosalinity signal, associated with an event that substantially lowered salinities in the inner parts of the Gulf of California during Quaternary time.

Organic facies of Cenozoic and Cretaceous sediments at DSDP Leg 80 Holes

The organic facies of Cenozoic sediments cored at DSDP Sites 548-551 along the Celtic Sea margin of the northern North Atlantic (Goban Spur) is dominated by terrestrially derived plant remains and charcoal. Similar organic facies also occur in the Lower and Upper Cretaceous sections at these sites. Mid-Cretaceous (uppermost Albian-Turonian) sediments at Sites 549-551, however, record two different periods of enrichment in organic material, wherein marine organic matter was mixed with terrestrial components. The earlier period is represented only in the uppermost Albianmiddle Cenomanian section at the most seaward site, 550. Here, dark laminated marly chalks rich in organic matter occur rhythmically interbedded with light-colored, bioturbated marly chalks poor in organic matter, suggesting that bottom waters alternated between oxidizing and reducing conditions. A later period of enrichment in organic material is recorded in the upper Cenomanian-Turonian sections at Sites 549 and 551 as a single, laminated black mudstone interval containing biogenic siliceous debris. It was deposited along the margin during a time of oxygen deficiency associated with upwelling-induced intensification and expansion of the mid-water oxygen-minimum layer. In both the earlier and later events, variations in productivity appear to have been the immediate cause of oxygen depletion in the bottom waters.