Accumulation rates, grain-size fractions and calcium carbonate at DSDP Sites 89-586 and 90-591

Carbonate oozes recovered by hydraulic piston coring at DSDP Site 586 on Ontong-Java Plateau and Site 591 on Lord Howe Rise have carbonate contents that are consistently higher than 90% with only minor variations. Consequently, paleoceanographic signals were not recorded in detail in the carbonate contents. However, mass accumulation rates of carbonate increased in the late Miocene to mid-Pliocene, reflecting an increase in productivity, then abruptly decreased from mid-Pliocene to the present. Variations in relative abundances of coarse material (foraminifers) and fine material (mostly calcareous nannofossils) do reflect histories of current winnowing and biogenic productivity at the two sites. The late Miocene from 10.5 to 6.5 m.y. ago was a time of relatively constant, quiet, pelagic sedimentation with typical southwest Pacific sedimentation rates of 20-25 m/m.y. The average coarse-fraction abundances are always higher at Site 586 than at Site 591, which reflects winnowing at Site 586. These conditions were interrupted between 6.5 to 4.0 m.y. ago when increased upwelling at the Subtropical Divergence and the Equatorial Divergence produced greater productivity of calcareous planktonic organisms. The increased productivity is suggested by large increases in both fineand coarse-fraction material and constant ratios of foraminifers to nannofossils. The maximum of productivity was about 4.0 m.y. ago. This period of increased upwelling is coincident with the inferred development of the West Antarctic ice sheet. The high productivity was followed by an abrupt increase in winnowing about 2.5 m.y. ago at Site 591, but not until about 2.0 m.y. ago at Site 586. By 2.0 m.y. ago in the late Pliocene, quiet, pelagic sedimentation conditions prevailed, similar to those of the late Miocene. The last 0.7 m.y. has been a period of relatively intense winnowing on Lord Howe Rise but not on Ontong-Java Plateau. The coarse-fraction data have both long- and short-period fluctuations. Long-period fluctuations at Site 591 average about 850 *10**3 yr./cycle and those at Site 586 average 430*10**3 yr./cycle. The highest amplitudes are found in the Pliocene and Quaternary sections. The short-period fluctuations range from 100 to 48*10**3 yr./cycle at Site 586 and from 250 to 33 *10**3 yr./cycle at Site 591. The effects of local fluctuations of productivity and winnowing have modified the primary orbital forcing signals at these two sites to yield complex paleoceanographic records.

Grain size percentiles and Mk values of coastal sediments from Schleswig Holstein, western Baltic Sea

In einer Fülle sedimentpetrographischer Arbeiten wird versucht, aus der Korngrößenverteilung und der Mineralzusammensetzung von Sanden Schlüsse auf ihre Herkunft, ihre Transportrichtung oder ihr Ablagerungsmilieu abzuleiten, die für die Lösung geologischer und ebenso auch wasserbaulicher Probleme nötig sind. Diese Literatur steckt noch voller Widersprüche und Fehlschlüsse. In der vorliegenden Arbeit wird daher versucht, den Mechanismus des Sandtransports vom Grundsätzlichen her besser verständlich zu machen. Das geschieht anhand zweier ausgewählter und eingehend untersuchter Beispiele aus dem Küstenbereich der westlichen Ostsee unter Einbeziehung der Erfahrungen an vielen Vergleichsproben aus verschiedensten Sedimentationsräumen. Unentbehrlich für das Verständnis der transportbedingten Veränderungen an den Sanden ist das sog. 'Äquivalenzprinzip' (Abschnitt 2). Es stellt fest, daß es in einem von einer Strömung transportierten Sediment immer Körner zwar verschiedener Korngröße, aber auch entsprechend verschiedener Dichte und/oder Kornform gibt, die miteinander transportiert und abgelagert werden, weil unter den herrschenden hydraulischen Bedingungen diese Eigenschaften einander voll kompensieren. In Abschnitt 3 wird kurz die von Rittenhouse angegebene Methode geschildert, mit der man an natürlichen Sedimenten unter der sehr allgemein gehaltenen 'Äquivalenzbedingung' gleicher Transportierbarkeit bestimmen kann, welches Korngrößenverhältnis ein bestimmtes Verhältnis der Dichten kompensieren kann. Die von Rittenhouse am Beispiel von Flußsanden gefundene Funktion zwischen der Dichte der Körner und ihrem Äquivalenzverhältnis gegen Quarzkörner wird hier als erste Näherung auch für die Transportverhältnisse von Strandsanden zugrunde gelegt. In Abschnitt 6 wird gezeigt, daß das auch gerechtfertigt ist. In Abschnitt 4 wird eine allgemein brauchbare Methode abgeleitet, mit der man nicht nur unter stark vereinfachenden Annahmen, sondern auch an Sanden mit realen, stets komplexen Korn-größenverteilungen die Folgen des Äquivalenzprinzips für die Verteilung von Mineralen verschiedener Dichte berechnen kann. Für jede Serie von Sanden, deren Korngrößenverteilungen entlang des Transportweges eine bestimmte, von den Transportbedingungen abhängige Entwicklung durchmachen, ergibt sich damit eine Kurvenschar, die beschreibt, wie sich die Mengen von Mineralien mit verschiedenen Dichten in den einzelnen Korngrößenklassen dabei ändern müßten, vorausgesetzt, daß sie im gesamten Korngrößenbereich gleich verfügbar wären. Diese Kurvenschar ist die 'Charakteristik' des betreffenden Transportfalles. Durch den Vergleich zwischen den nach der Charakteristik in den einzelnen Klassen zu erwartenden Mineralmengen mit den in dem betrachteten Transportfall tatsächlich gefundenen läßt sich deren relative, d. h. auf die Menge des Quarzes bezogene 'Verfügbarkeit' berechnen. Sie wird durch die sog. 'hydraulischen Verhältnisse' (Rittenhouse) ausgedrückt, die im Gegensatz zu den 'Klassenverhältnissen' von der Korngrößensonderung beim Transport unabhängig und nur von der Zusammensetzung des Ausgangsmaterials bestimmt sind, solange beim Transport allein das Äquivalenzprinzip wirksam ist. In den untersuchten Fällen von Sandtransport an zwei Strandabschnitten der westlichen Ostsee (Abschnitt 5) zeigte dieser Vergleich (Abschnitt 6), daß die beobachtete Verteilung von Schwermineralen nicht allein durch Transportsonderung unter Gültigkeit des Äquivalenzprinzips erklärt werden kann, sondern daß dabei offenbar auch mechanische Zerkleinerung der Körner während des Transports mitgewirkt haben muß. Nur ein solcher, von der Transportsonderung unabhängiger Effekt kann als Transportrichtungs-Kriterium benutzt werden, wenn die Entwicklung der Korngrößenverteilungen allein keine Entscheidung erlaubt. Wie die Beispiele zeigen, läßt sich Klarheit über die bisher noch sehr umstrittene Frage nach dem Ausmaß der transportbedingten mechanischen Zerkleinerung von Sandkörnern nur gewannen, wenn in Zukunft versucht wird, bei der Bearbeitung natürlicher Beispiele den Einfluß der stets vorhandenen Transportsonderung auf Veränderungen des Mineralbestandes unter Anwendung des Äquivalenzprinzips rechnerisch auszuschalten. Über dieses wesentlichste Ergebnis hinaus erlauben die dargestellten Zusammenhänge auch eine kritische Stellungnahme zu den oben erwähnten allgemeinen Problemen und führen zu methodischen und sachlichen Verbesserungsvorschlägen für weitere Untersuchungen an klastischen Sedimenten.

Bulk geochemistry and grain-size composition of surface sediments from the SW Atlantic

Surface sediments from the South American continental margin surrounding tbe Argentine Basin were studied with respect to bulk geochemistry (Caeo) and C ) and grain-size composition (sand/silt/clay relation and terrigenous silt grain-size distribution). The grain-size distributions of the terrigenous silt fraction were unmixed into three end members (EMs), using an end-member modelling algorithm. Three unimodal EMs appear to satisfactorily explain the variations in the data set of the grain-size distributions ofterrigenous silt. The EMs are related to sediment supply by rivers, downslope transport, winnowing, dispersal and re-deposition by currents. The bulk geochemical composition was used to trace the distribution of prominent water masses within the vertical profile. The sediments of the eastern South American continental margin are generally divided into a coarse-grained and carbonate-depleted southwestern part, and a finer-grained and carbonate-rich northeastern part. The transition of both environments is located at the position of the Brazil Malvinas Confluence (BMC). The sediments below the confluence mixing zone of the Malvinas and Brazil Currents and its extensions are characterised by high concentrations of organic carbon, low carbonate contents and high proportions of the intennediate grain-size end member. Tracing these properties, the BMC emerges as a distinct north-south striking feature centered at 52-54°W crossing the continental margin diagonally. Adjacent to this prominent feature in the southwest, the direct detrital sediment discharge of the Rio de la Plata is clearly recognised by a downslope tongue of sand and high proportions of the coarsest EM. A similar coarse grain-size composition extends further south along the continental slope. However, it displays bener sorting due to intense winnowing by the vigorous Malvinas Current. Fine-grained sedimentary deposition zones are located at the southwestern deeper part of the Rio Grande Rise and the southern abyssal Brazil Basin, both within the AABW domain. Less conspicuous winnowing/accumulation panerns are indicated north of the La Plata within the NADW level according to the continental margin topography. We demonstrate that combined bulk geochemical and grain-size properties of surface sediments, unmixed with an end-member algorithm, provide a powerful tool to reconstruct the complex interplay of sedimentology and oceanography along a time slice.

Eolian grain-size record of early Paleogene sediments from DSDP Hole 22-215 and ODP Leg 208 sites

To date, the only Southern Hemisphere eolian grain-size record constructed for the early Paleogene comes from Deep Sea Drilling Project Site 215. Ten early Paleogene sediment samples from Site 215 were collected and processed to show that the existing eolian grain-size record at this site can be reproduced. Five samples each from Ocean Drilling Program Sites 1263 and 1267 were similarly examined to test the possibility of generating new Southern Hemisphere eolian grain-size records for the early Paleogene. Our results indicate that an eolian grain-size signal can be constructed at Walvis Ridge, although the record will be complicated by hemipelagic terrigenous inputs. Further, we assert that a record generated at a site located on the deep flanks of Walvis Ridge is particularly susceptible to hemipelagic influence.

Consolidation tests, elastic properties and grain size measurements at the consolidations samples from different Holes of IODP Expedition 302

The Integrated OceanDrilling Program's Expedition 302, the Arctic Coring Expedition (ACEX), recovered the first Cenozoic sedimentary sequence from the central Arctic Ocean. ACEX provided ground truth for basin scale geophysical interpretations and for guiding future exploration targets in this largely unexplored ocean basin. Here, we present results from a series of consolidation tests used to characterize sediment compressibility and permeability and integrate these with high-resolution measurements of bulk density, porosity and shear strength to investigate the stress history and the nature of prominent lithostratigraphic and seismostratigraphic boundaries in the ACEX record. Despite moderate sedimentation rates (10-30 m/Myr) and high permeability values (10**-15 -10**-18 m**2), consolidation and shear strength measurements both suggest an overall state of underconsolidation or overpressure. One-dimensional compaction modelling shows that to maintain such excess pore pressures, an in situ fluid source is required that exceeds the rate of fluid expulsion generated by mechanical compaction alone. Geochemical and sedimentological evidence is presented that identifes the Opal A-C/T transformation of biosiliceous rich sediments as a potential additional in situ fluid source.However, the combined rat of chemical and mechanical compaction remain too low to fully account for the observed pore pressure gradients, implying an additional diagenetic fluid source from within or below the recovered Cenozoic sediments from ACEX. Recognition of the Opal A-C/T reaction front in the ACEX record has broad reaching regional implications on slope stability and subsurface pressure evolution, and provides an important consideration for interpreting and correlating the spatially limited seismic data from the Arctic Ocean.