Radioisotope stratigraphy, sedimentology and geochemistry of Late Quaternary sediments from the Eastern Arctic Ocean

To reconstruct Recent and past sedimentary environments, marine sediments of Upper Pleistocene and Holocene ages from the eastern Arctic Ocean and especially from the Nansen-Gakkel Ridge (NGR) were investigated by means of radioisotopic, geochemical and sedimentological methods. In combination with mass physical property data and lithological analysis these investigations allow clearly to characterize the depositional environments. Age dating by using the radioisotope 230Th gives evidence that the investigated sediments from the NGR are younger than 250,000 years. Identical lithological sediment sequences within and between sediment cores from the NGR can be related to sedimentary processes which are clearly controlled by palaeoclimate. The sediments consist predominantly of siliciclastic, terrigenous ice-rafted detritus (IRD) deriving from assorted and redeposited sediments from the Siberian shelfs. By their geochemical composition the sediments are similar to mudstone, graywacke and arcose. Sea-ice as well as icebergs play a major roll in marine arctic sedimentation. In the NGR area rapid change in sedimentary conditions can be detected 128,000 years ago. This was due to drastic change in the kind of ice cover, resulting from rapid climatic change within only hundreds of years. So icebergs, deriving mostly from Siberian shelfs, vanished and sea-ice became dominant in the eastern Arctic Ocean. At least three short-period retreats of the shelf ice between 186,000 and 128,000 years are responsible for the change of coarse to fine-grained sediments in the NGR area. These warmer stages lasted between 1,000 and 3,000 years. By monitoring and comparing the distribution patterns of sedimentologic, mass physical and geochemical properties with 230Th ex activity distribution patterns in the sediment cores from the NGR, there is clear evidence that sediment dilution is responsible for high 230Th ex activity variations. Thus sedimentation rate is the controlling factor of 230Th ex activity variations. The 230Th flux density in sediments from the NGR seems to be highly dependent On topographic Position. The distribution patterns of chemical elements in sediment cores are in general governed by lithology. The derivation of a method for dry bulk density determination gave the opportunity to establish a high resolution stratigraphy on sediment cores from the eastern Arctic Ocean, based on 230Thex activity analyses. For the first time sedimentation and accumulation rates were determined for recent sediments in the eastern Arctic Ocean by 230Th ex analyses. Bulk accumulation rates are highly variable in space and time, ranging between 0.2 and 30 g/cm**2/ka. In the sediments from the NGR highly variable accumulation rates are related to the kind of ice cover. There is evidence for hydrothermal input into the sediments of the NGR. Hydrothermal activity probably also influences surficial sediments in the Sofia Basin. High contents of As are typical for surficial sediments from the NGR. In particular SL 370-20 from the bottom of the rift valley has As contents exceeding in parts 300 ppm. Hydrothermal activity can be traced back to at least 130,000 years. Recent to subrecent tectonic activity is documented by the rock debris in KAL 370 from the NGR. In four other sediment cores from the NGR rift valley area tectonically induced movements can be dated to about 130,000 years ago, related most probably to the rapid climate change. Processes of early diagenesis in sediments from the NGR caused the aobilization and redeposition of Fe, Mn and Mo. These diagenetic processes probably took place during the last 130,000 years. In sediment cores from the NGR high amounts of kaolinite are related to coarse grained siliciclastic material, probably indicating reworking and redeposition of siberian sandstones with kaolinitic binding material. In contrast to kaolinite, illite is correlated to total clay and 232Th contents. Aragonite, associated with serpentinites in the rift valley area of the NGR, was precipitated under cold bottom-water conditions. Preliminary data result in a time of formation about 60 - 80 ka ago. Manganese precipitates with high Ni contents, which can be related to the ultrabasic rocks, are of similar age.

Geochemistry of recent sediments from the Indian Ocean

During the International Indian Ocean Expedition (1964/65) sediment cores were taken on six profiles off the western coast of the Indian Subcontinent. These profiles run approximately perpendicular to the coast, from the deep-sea over the continental slope to the continental shelf. Additional samples and cores were taken in a dense pattern in front of the delta of the Indus River. This pattern of sampling covered not only marine sediments, but also river and beach sediments in Pakistan. The marine samples were obtained with piston, gravity and box corers and by a Van Veen grab sampler. The longest piston core is about 5 meters long. 1. Distribution of the elements on the sediment surface The area of maximal carbonate values (aprox. 80-100% CaCO3) essentially coincides with the continental shelf. The highest Sr values were observed largely within this area, but only in the vicinity of the Gulf of Cambay. Mainly the aragonitic coprolites are responsible for those high Sr contents. The Mg contents of the carbonates are comparatively low; surprisingly enough the highest Mg concentrations were also measured in the coprolites. The maximum contents of organic matter (Core) were found along the upper part of the continental slope. They coincide with the highest porosity and water content of the sediments. Frequently the decomposition of organic matter by oxydation is responsible for the measured Corg contents. On the other side the quantity of originally deposited organic material is less important in most cases. The enrichment of the "bauxitophile" elements Fe, Ti, Cr and V in the carbonate- and quartz-free portions of the sediments is essentially due to the influence of coarse terrigenous detritus. For the elements Mn, Ni and Cu (in per cent of the carbonateand quartz-free sediment) a strong enrichment was observed in the deep-sea realm. The strong increase in Mn toward the deep-sea is explained by authigenesis of Mn-Fe-concretions. Mn-nodules form only under oxydizing conditions which obviously are possible only at very low rates of deposition. The Mg, B and, probably also Mn contents in the clay minerals increase with increasing distance from the continent. This can be explained by the higher adsorption of those elements from sea water because of increasing duration of the clay mineral transport. The comparison of median contents of some elements in our deep-sea samples with deep-sea sediments described by TUREKIAN & WEDEPOHL (1961) shows that clear differences in concentration exist only in the case of "bauxitophile" elements Cr and Be. The Cr and Be contents show a clear increase in the Indian Ocean deep-sea samples compared to those described by TUREKIAn & WEDEPOHL (1961) which can obviously be attributed to the enrichment in the lateritic and bauxitic parent rocks. The different behaviour of the elements Fe, Ti and Mn during decomposition of the source rocks, transport to the sea and during oxydizing and reducing conditions in the marine environment can be illustrated by Ti02/Fe and MnO/Fe ratios. The different compositions of the sediments off the Indus Delta and those of the remaining part of the area investigated are characterized by a different distribution of the elements Mn and Ti. 2. Chemical inhomogenities in the sediments Most longer cores show 3 intervals defined by chemical and sedimentological differences. The top-most interval is coarse-grained, the intermedial interval is fine grained and the lower one again somewhat coarser. At the same time it is possible to observe differences from interval to interval in the organogenic and detrital constituents. During the formation of the middle interval different conditions of sedimentation from those active during the previous and subsequent periods have obviously prevailed. Looking more closely at the organogenic constituents it is remarkable that during the formation of the finer interval conditions of a more intensive oxydation have prevailed that was the case before and after: Core decreases, whereas P shows a relative increase. This may be explained by slower sedimentation rate or by a vertical migration of the oxygen rich zone of the sea-water. The modifications of the elements from minerals in detrital portion of the sediments support an explanation ascribing this fact to modifications of the conditions of denudation and transportation which can come about through a climatic change or through tectonic causes. The paleontological investigations have shown (ZOBEL, in press) that in some of the cores the middle stratum of fine sedimentation represents optimal conditions for organic life. This fact suggests also oxydizing conditions during the sedimentation of this interval. In addition to the depositional stratification an oxydation zone characterized by Mn-enrichment can be recognized. The thickness of the oxidation zone decreases towards the coast and thins out along the middle part of the continental slope. At those places, where the oxydation zone is extremely thin, enrichment of Mn has its maximum. This phenomenon can probably be attributed to the migration of Mn taking place in its dissociated form within the sediment under reducing conditions. On the other side this Mn-migration in the sediment does not take place in the deep-sea, where oxydizing conditions prevail. 3. Interstitial waters in the sediments Already at very small core depths, the interstitial waters have undergone a distinct modification compared with the overlying sea water. This distinct modification applies both to total salinity and to the individual ions. As to the beginning of diagenesis the following conclusions can be drawn: a) A strong K-increase occurs already at an early stage. It may be attributable to a diffusion barrier or to an exchange of Mg-ions on the clays. Part of this increase may also originate from the decomposition of K-containing silicates (mica and feldspars). A K-decrease owing to the formation of illite (WEAVER 1967), however, occurs only at much greater sediment depth. b) Because of an organic protective coating, the dissolution of carbonate is delayed in recent organogenic carbonates. At the same time some Ca is probably being adsorbed on clay minerals. Consequently the Ca-content of the interstitial water drops below the Ca-content of the sea water. c) Already at an early stage the Mg adsorption on the clays is completed. The adsorbed Mg is later available for diagenetic mineral formations and transformations.

Sediments and tephra layers from the southern Tyrrhenian abyssal plain near Marsili Seamount

From the south-eastern Tyrrhenian deep-sea floor, four sediment cores of "Meteor" cruise 22 (1971) are described. These cores were taken in the basin between the Aeolian Islands and the Marsili Seamount, an elevation of more tha 3000 m above the sea floor. The sedimentation of the deep-sea basin is distinguished by a sequence of turbidites with a high sedimentation rate. The composition of the clastic material and the position of the cores in the mouth area of the morphologically very pronounced Stromboli Canyon suggest an interpretation of the turbidite sequence as fan of this canyon onto the deep-sea floor. A white rhyolitic pumice-tephra at the base of the 4 m thick sequence of turbidites in core M22-102 has been correlated with the Pelato eruption of the island of Liparo in the 6th century A.D. At the foot of the Marsili Seamount - apparently in morphologically elevated positions - the influence of the turbidite sedimentation increases, the rate of sedimentation is lower and stratigraphic omissions are probable. Here, rather compacted globigerina marls have been found in only 15 -25 cm depth. In addition, volcanic material in the form of lapilli layers, palagonitized ashes and detrital volcanic sands of the Marsili Seamount have been encountered in this area. An up to 3 cm thick layer of completely palagonitized basaltic ash intercalates with the marls at the base of two cores. Layers of very fresh olivine basaltic lapilli in core 103 and palagonitized lapilli of latitic composition in core 104 testify to an explosive submarine volcanism of the Marsili Seamount. According to the stratigraphy of core 103, the latest manifestations of this basaltic volcanism belong to the late Pleistocene (Emiliana huxleyi-zone of Nannoplankton stratigraphy) The basaltic lapilli are glassy to perhyaline with phenocrysts or microphenocrysts predominantely of olivine. The petrological character of the basaltic volcanites with high MgO, Ni, Cr and high MgO/FeO- and Ni/Co-ratios exhibits primitive basaltic features. These basalts clearly differ from basalts of the ocean floors, mid-ocean ridges and marginal basins. Prominent features are a missing iron-enrichment trend and low TiO2. Al2O3 tends to be high, as well as K2O and related trace elements (Ba, Sr). In spite of silica undrsaturation and high color index, the Marsili basalt exhibit some analogies with the calcalkaline basalts of the Aeolian arc, as well as the undersaturated basalts of some other circumoceanic areas.

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.

Water chemistry and sediment age of lake Terrasovoje, Amery Oasis, East Antarctica

The late Quaternary palaeoenvironmental history of the southern Windmill Islands, East Antarctica, has been reconstructed using diatom assemblages from two long, well-dated sediment cores taken in two marine bays. The diatom assemblage of the lowest sediment layers suggests a warm climate with mostly open water conditions during the late Pleistocene. During the following glacial, the Windmill Islands were covered by grounded ice preventing any in situ bioproductivity. Following deglaciation, a sapropel with a well-preserved diatom assemblage was deposited from ~10?500 cal yr BP. Between ~10?500 and ~4000 cal yr BP, total organic carbon (Corg) and total diatom valve concentrations as well as the diatom species composition suggest relatively cool summer temperatures. Hydrological conditions in coastal bays were characterised by combined winter sea-ice and open water conditions. This extensive period of glacial retreat was followed by the Holocene optimum (~4000 to ~1000 cal yr BP), which occurred later in the southern Windmill Islands than in most other Antarctic coastal regions. Diatom assemblages in this period suggest ice-free conditions and meltwater-stratified waters in the marine bays during summer, which is also reflected in high proportions of freshwater diatoms in the sediments. The diatom assemblage in the upper sediments of both cores indicates Neoglacial cooling from ~1000 cal yr BP, which again led to seasonally persistent sea-ice on the bays. The Holocene optimum and cooling trends in the Windmill Islands did not occur contemporaneously with other Antarctic coastal regions, showing that the here presented record reflects partly local environmental conditions rather than global climatic trends.

Heavy mineral content and grain sizes of sediment samples from foreshore to dune around Skagen, north Denmark

Aufbau und Ausdehnung der Schwermineral-Anreicherungen (Ilmenit, Granat, Amphibol) am Strand südlich Skagens wurden in langen Schürfgräben untersucht. Die Seifenlagen ziehen durchgehend vom Kliff-Fuß bis zur mittleren Meereshöhe hin und liegen meist diskordant auf der alten Strandschichtung. Ihre strandparallele Ausdehnung beträgt bis zu 100 m. Aufgebaut werden sie aus dünnen Schwermineral-Lamellen, die in kleinerem Umfang überall in den Strandablagerungen zu finden sind und hier das Gefüge nachzeichnen (Rippeln, Strandwallschichtung, Schichtstörungen). Die Seifenbildung geht in einem Gebiet mit verstärktem Küstenabtrag vor sich (Lee-Erosion südlich der Hafenmolen von Skagen). Dieses deutet darauf hin, daß die Schwerminerale bei Aufarbeitung bereits vorhandener Sedimente infolge ihres unterschiedlichen hydraulischen Verhaltens Zurückbleiben und schließlich angereichert werden. Die Korngrößenverteilung der Minerale in verschiedenen Sedimentproben zeigen, daß mit steigender Schwermineral-Anreicherung eine Kornverfeinerung und Zunahme der spezifisch schwersten Minerale (opake Erzminerale und Zirkon) auftritt. In ähnlicher Weise werden die Sortierungswerte besser. Die Aufbereitung des Sedimentes wird, in Anlehnung an v. ENGELHARDT (1939), mit einem doppelten Sortierungsvorgang durch die Wasserbewegung am Strand erklärt. Beim Absinken des Sandes nach dem Brecherschwall tritt eine Vorsortierung ein, die den Abtransport der leichteren und größeren Minerale im Sog begünstigt. Verbindungen zu Vorstellungen der Aufbereitungstechnik (Rundherdverfahren) und Hydrodynamik ('laminare Unterschicht') werden hergestellt. Die Dünensande Skagens sind infolge ihres hohen Schwermineralgehaltes und günstiger Äquivalentgrößen der einzelnen Minerale besonders bedeutsam für die Seifenbildung am Strand.

X-ray fluorescence (XRF) measurements of two sediment cores from the Ceara Rise

Die XRF-Daten wurden an Archivhälften der Schwerelotkerne GeoB4402-2 und GeoB4407-3 erhoben, die am Nordwest-Hang des Ceará-Rückens gezogen wurden. Der Ceará-Rücken liegt im westlichen, äquatorialen Atlantik im Ablagerungsgebiet des Amazonas. Die Messdaten wurden mit dem XRF-Kern-Scanner "CORETEX (Corescanner Texel)" im Marum in Bremen erhoben, der auf dem Prinzip der Röntgenfluoreszenzanalyse beruht (gemessene Auflösung: 1 cm). Der Sedimenteintrag, speziell der Eintrag von terrigenem Material (durch Verwitterung entstandenes Material auf den Kontinenten), in die Ozeane ist ein immer noch schlecht verstandener Prozess, der aber für eine Vielzahl von geologischen Fragestellungen von entscheidender Bedeutung ist. Der terrigene Sedimenteintrag am Ceará-Rücken ist nahezu ausschließlich vom Amazonas geprägt. Die abgelagerten Sedimente auf dem Ceará-Rücken können als Zwei-Komponentensystem beschrieben werden. Eine Quelle ist der terrigene Eintrag aus dem Amazonas. Die zweite Quelle ist biogenes Kalziumkarbonat, dass vom kalkigen Plankton (vor allem Coccolithophoriden und zum Teil Foraminiferen) aus der oberen Wassersäule stammt. Heutzutage ist der westliche, tropische Atlantik die Hauptpassage des Transfers von warmem Oberflächenwasser vom Süd- in den Nordatlantik. Die Abgabe von Wärme und Feuchtigkeit aus den Tropen könnte im Zusammenhang mit kurzfristigen Klimawechseln stehen. Untersuchungen an Hand von Aufzeichnungen aus der nördlichen Hemisphäre weisen darauf hin, dass kurzfristige Klimaschwankungen der Nordhemisphäre zu Veränderungen der atmosphärischen Zirkulation in niedrigen Breiten auf einer Zeitskala von nur wenigen Tausenden Jahren führen können. Eine wichtige Frage dabei ist, wie der spätpleistozäne Eintrag von Terrigen-Material durch den Amazonas gesteuert ist durch Klimaschwankungen in den Tropen in Wechselwirkung mit den Vereisungs- und Abschmelzphasen der Nordhemisphäre. Hierbei sind sowohl die Glazial-Interglazial Zyklen als auch kurzfristige Klimaschwankungen wie die Dansgaard-Oeschger-Zyklen und die mit ihnen verbundenen Heinrich-Ereignisse von Bedeutung.

Composition of sediments from the north-west African continental margin

Entlang dreier Profile vom NW-afrikanischen Kontinentalrand wurden Oberflächensedimente aus Wassertiefen zwischen 39m und 1514m auf ihre Zusammensetzung der Sandfraktion, auf ihre Gehalte an Karbonat und organischer Substanzen sowie auf ihre mineralogische Zusammensetzung hin untersucht. 1) Die auf dem Schelf und dem oberen Hang abgelagerten Sedimente (<500m) zeichnen sich durch hohe Sandgehalte (>70%) und durch hohe Grob/Fein-Verhältnisse aus. Unterhalb dieses Bereiches nimmt der Einfluß von Strömungen, die die Ablagerung von wesentlichen Mengen an Feinmaterial oberhalb 500m verhindern, ab, wie die starke Abnahme des Sandgehaltes, des Quarz/Glimmer und des Grob/Fein-Verhältnisses zeigen. Die Sedimente aus diesen Wassertiefen werden zum großen Teil aus Partikeln der Siltfraktion aufgebaut. Mit zunehmender Tiefe ist auch eine Zunahme der Tonfraktion zu beobachten, wobei höhere Tonanteile (>10%) erst in Tiefen unterhalb von 1200m auftreten. 2) Die quantitative Komponentenanalyse der Sandfraktion zeigt, daß der karbonatische Anteil fast ausschließlich biogener Herkunft ist. Er besteht zum wesentlichen Teil aus planktonischen Komponenten, vorwiegend Foraminiferen und mengenmäßig nur sehr untergeordnet auftretenden Pteropoden. Das opalkieselige Plankton (Diatomeen, Radiolarien) ist nur in geringen Mengen in den untersuchten Proben vorhanden. Auch das Benthos stellt nur eine untergeordnete Komponente der Sandfraktion dar. Vor allem der Anteil von Foraminiferen und Mollusken nimmt mit zunehmender Wassertiefe relativ deutlich ab. Die übrigen benthonischen Komponenten sind im Sediment nur in geringen Anteilen vertreten. 3) Hauptsedimentbildner im Profil Nouakchott sind die nichtbiogenen, terrigen-detritischen Sandkomponenten. Sie bestehen vorwiegend aus Quarz und mit zunehmender Wassertiefe aus Kotpillen bzw. Kotpillenaggregaten. Je nach Tiefe treten vor allem Glimmer (>1000m) und Glaukonit (<800m) hinzu. Die restlichen Komponenten treten nur gelegentlich und in äußerst geringen Mengen im rezenten Oberflächensediment auf. 4) Quarz wird als Windstaub mit dem NE-Passat und vor allem durch den "Harmattan" aus der Sahara heraustransportiert und vorwiegend über dem Schelfbereich sedimentiert. Windstaubmaterial besteht primär weitgehend aus Siltkorngrößen, die vor Nouakchott über die Schelfkante hinaustransportiert werden und zu einer Grobsiltanreicherung am mittleren Hang führen. 5) Das Verhältnis zwischen den karbonatischen Biogenkomponenten und den nichtbiogenen Partikeln spiegelt sich deutlich in der Karbonatverteilung sowohl des Gesamtsedimentes als auch der Sandfraktion wider. Relativ hohe Karbonatgehalte vor Cap Leven im Norden stehen sehr geringen Anteilen von Nouakchott gegenüber. Mit zunehmender Wassertiefe ist eine deutliche Abnahme des Karbonatanteils zu verfolgen. 6) Die Tatsache, daß das Profil Cap Blanc im Bereich des ganzjährigen Auftriebs liegt, spiegelt sich nicht in der Zusammensetzung der Sandfraktion wider. Südlich der Zone des ganzjährigen Auftriebs weisen verschiedene Parameter (Radiolarien, Diatomeen, Verhältnis von Radiolarien zu planktonischen Foraminiferen, Benthos/Plankton-Verhältnis der Foraminiferen) trotz abnehmender Auftriebsintensität eher steigende Werte auf. Dies ist wesentlich auf eine infolge des Nährstoffeintrages durch Flußzufuhr bedingte Verschiebung der maximalen Primärproduktion weit in südliche Richtung zurückzuführen. 7) In den aufgeführten Parametern zeigen sich von Profil zu Profil sehr deutliche fazielle Unterschiede, obwohl der großklimatische Hintergrund im gesamten Untersuchungsgebiet etwa gleich ist. Vor Cap Leven bildet sich eine Fazies, die im wesentlichen aus planktonischen Foraminiferen besteht, während das Sediment vor Nouakchott zum überwiegenden Teil aus nichtbiogenen Komponenten aufgebaut wird. Im Übergangsbereich vor Cap Blanc bildet sich eine Mischfazies, die keinerlei Prägung durch das Auftriebsgeschehen erhält. Die Ursachen dieser faziellen Unterschiede werden auf fehlenden Terrigeneinfluß vor Cap Leven einerseits und hohe Terrigenanlieferung vor Nouakchott andererseits zurückgeführt. 8) Die Zusammensetzung und Verteilung der rezenten Grobfraktionssedimente am Kontinentalrand vor Nw-Afrika wird somit im wesentlichen als Ergebnis einer Überprägung der Biogenanlieferung durch nichtbiogene Komponenten angesehen. Wesentlicher steuernder Faktor ist demnach das hier vorherrschende Windsystem.

Sedimentverteilung im Seegebiet bei Bokniseck, Eckernförder Bucht, westliche Ostsee (sediment distribution at Bokniseck, western Baltic Sea; map)

A detailed topographic survey was carried out in the "Hausgarten"-area of the Joint Research Programm 95 of the University of Kiel by the Deutsches Hydrographisches Institut. Based on this information a sediment distribution map was constructed. A horizontal section extending from 0 to 27 m of water depth was investigated showing the distribution of pebbles and boulders, of algal growth, and exposed areas of glacial marl; the grain size distribution was determined for the various sediment types.

Benthic foraminifera of surface sediments from the continental slope off Sierra Leone, North-West Africa

On "Meteor" cruise 30 (1973) 22 piston-cores were collected off Sierra Leone from water-depths between about 5000 m (Sierra Leone Basin) and 500 m (upper continental slope) with the objective to study the sediment composition and age as well as processes of sedimentation on the continental slope in a tropical humid region. Granulometric analysis and determinations of the carbonate contents of the sediment samples were carried out, as well as qualitative and quantitative analysis of the components of the grain size fractions > 63 µm and of the planktonic and benthonic foraminifera > 160 µm. Presently, the cold Canary Current influences the composition of the planktonic foraminifera within the northwestern area of investigation (profile A), whereas the planktonic fauna of the eastern area (profile C) seems to be truly tropical. In all Quaternary sediments from the continental slope off Sierra Leone, species of Globorotalia are less abundant than in truly pelagic sediments. For that reason, the zonation of the Pleistocene sediments based on the presence or absence of Globorotalia cultrata does not always agree with the climatic changes reflected in the sediments. Concerning past climates better results can be obtained by using the changes in percentage abundances of Globigerina sp. sp. and Globigerinoides sp. sp. as indicators for cool and warm temperatures. The Tertiary sediments contain a pelagic foraminiferal assemblage. In the Holocene sediments the benthonic foraminifera do not only serve as good paleodepth indicators, but their communities are also restricted to defined water masses, which change their positions in accordance with climatic changes. Thus, Cassidulina carinata in the area of investigation is an excellent indicator for sediments deposited during times, which were cooler than today; this is true for all cores from the continental slope off Sierra Leone independent of water-depth although this species presently abounds at water-depths around 600 m. The cores from the continental rise and from the Sierra Leone Basin (M30-261, M30-146, M30-147) were deposited below the calcium carbonate compensation depth. Only small sections of the cores consist of the original carbonate-free sediments, whereas the main part of the sediment column is redeposited material, rich in foraminifera, which normally live on the upper continental slope, or even on the shelf. From these cores only M30-261 can be subdivided into biostratigraphic zones ranging from zone V to zone Y. In all cores from the middle and upper continental slope of the eastern area of investigation (profile C; KL 230, 209-204) and in cores KL 183 and KL 184 from the northwestern area (profile A) we observed an undisturbed succession of sediments from the biostratigraphic zones X (partly), Y and Z. All cores from the central area (M30-181, M30-182, M30-262 to 264) and M30-187 from the upper slope of profile A show variable hiatuses in the sedimentary record. Locally, high velocity bottom currents were probably responsible for erosion, nondeposition or minimal sedimentation rates. These currents might have been initiated partly by the somewhat exposed position of this part of the continental slope, where the shelf edge bends from a northwest towards an eastern direction, and partly by very young tectonic movements. Fracture zones with vertically displaced fault blocs are frequent at Sierra Leone continental margin. According to seismic measurements by McMaster et al. (1975) the sites of the central area are located on an uplifted fault bloc explaining the reduced sediment rates or erosion. Unlike the central area, the eastern area (profile C) is situated on a downfaulted bloc with high sediment rates. The sediments from the cores of profile B as well as the turbiditic deep-sea sediments were deposited under a higher flow regime; therefore they are coarser than the extremely fine-grained sediments of the cores from profile C. Since the sand fraction (> 63 µm) is mainly composed of foraminifera, besides pteropods and light-colored fecal pellets, the carbonate content increases with the increasing percentage of the coarse grain fraction. Higher concentrations of quartz were only observed in core sections with considerable carbonate dissolution (mainly in the X-Zone), and, in general, in all sediments from the eastern area with higher terrigenous input including larger concentration of mica. Especially during times transitional between glacials and interglacials (or interstadials) the bottom currents were intensified. The percentages of coarse fraction and carbonate increase with increasing current velocities. Calcium carbonate dissolution becomes important in water depths > 3500 m. During cooler times the lysokline is depressed. Light-colored fecal pellets were redeposited from Late Neogene sediments (M30-187, M30-181). In the area of investigation they occur in the Holocene and mainly the Pleistocene sediments of the cores from the northwestern and central area because only here Tertiary sediments have been eroded at the uppermost continental slope. In the central area there are at least two periods of non-sedimentation and/or erosion which can be confined as being (1) not older than middle Pliocene and not younger than zone V and (2) younger than zone W. The local character of the erosion is documented by the fact that a complete Late Quaternary section is present in the cores of the northwestern and eastern area, each within less than 100 km from incomplete cores from the central area.

Grain size investigations of sediments off the coast of Istria

Composition, grain-size distribution, and areal extent of Recent sediments from the Northern Adriatic Sea along the Istrian coast have been studied. Thirty one stations in four sections vertical to the coast were investigated; for comparison 58 samples from five small bays were also analyzed. Biogenic carbonate sediments are deposited on the shallow North Adriatic shelf off the Istrian coast. Only at a greater distance from the coast are these carbonate sediments being mixed with siliceous material brought in by the Alpine rivers Po, Adige, and Brenta. Graphical analysis of grain-size distribution curves shows a sediment composition of normally three, and only in the most seaward area, of four major constituents. Constituent 1 represents the washed-in terrestrial material of clay size (Terra Rossa) from the Istrian coastal area. Constituent 2 consists of fine to medium sand. Constituent 3 contains the heterogeneous biogenic material. Crushing by organisms and by sediment eaters reduces the coarse biogenic material into small pieces generating constituent 2. Between these two constituents there is a dynamic equilibrium. Depending upon where the equilibrium is, between the extremes of production and crushing, the resulting constituent 2 is finer or coarser. Constituent 4 is composed of the fine sandy material from the Alpine rivers. In the most seaward area constituents 2 and 4 are mixed. The total carbonate content of the samples depends on the distance from the coast. In the near coastal area in high energy environments, the carbonate content is about 80 %. At a distance of 2 to 3 km from the coast there is a carbonate minimum because of the higher rate of sedimentation of clay-sized terrestrial, noncarbonate material at extremely low energy environments. In an area between 5 and 20 km off the coast, the carbonate content is about 75 %. More than 20 km from the shore, the carbonate content diminishes rapidly to values of about 30 % through mixing with siliceous material from the Alpine rivers. The carbonate content of the individual fractions increases with increasing grain-size to a maximum of about 90 % within the coarse sand fractions. Beyond 20 km from the coast the samples show a carbonate minimum of about 13 % within the sand-size classes from 1.5 to 0.7 zeta¬? through mixing with siliceous material from the alpine rivers. By means of grain-size distribution and carbonate content, four sediment zones parallel to the coast were separated. Genetically they are closely connected with the zonation of the benthic fauna. Two cores show a characteristic vertical distribution of the sediment. The surface zone is inversely graded, that means the coarse fractions are at the top and the fine fractions are at the bottom. This is the effect of crushing of the biogenic material produced at the surface by predatory organisms and by sediment eaters. lt is proposed that at a depth of about 30 cm a chemical solution process begins which leads to diminution of the original sediment from a fine to medium sand to a silt. The carbonate content decreases from about 75 % at the surface to 65 % at a depth of 100 cm. The increase of the noncarbonate components by 10 % corresponds to a decrease in the initial amount of sediment (CaC03=75 %) by roughly 30 % through solution. With increasing depth the carbonate content of the individual fractions becomes more and more uniform. At the surface the variation is from 30 % to 90 %, at the bottom it varies only between 50 % and 75 %. Comparable investigations of small-bay sediments showed a c1ear dependence of sediment/faunal zonation from the energy of the environment. The investigations show that the composition and three-dimensional distribution of the Istrian coastal sediments can not be predicted only from one or a few measurable factors. Sedimentation and syngenetic changes must be considered as a complex interaction between external factors and the actions of producing and destroying organisms that are in dynamic equilibrium. The results obtained from investigations of these recent sediments may be of value for interpreting fossil sediments only with strong limitations.

Geologische Kartierung des Quartärs von Lemgow, Nordrhein-Westfalen

Der Lemgow wird von den Sedimenten der dreifachen saalezeitlichen Eisbedeckung aufgebaut. Ältere (tertiäre) Ablagerungen bilden entweder direkt die Quartärbasis oder sind in Form von Schollen am Aufbau beteiligt. Altquartäre oder elsterzeitliche Sedimente konnten bislang nicht nachgewiesen werden.