Pleistocene to Holocene carbonate sedimentation on the Northwest Shelf of Australia

Hallenberger, Maximilian; Back, Stefan (Thesis advisor); Iryu, Yasufumi (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2022)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2022

Kurzfassung

Der tropische bis subtropische Kontinentalschelf von Nordwest-Australien (NWS) erstreckt sich zwischen 13° und 21°S und beherbergt ein ausgedehntes Karbonat-Rampensystem, das in seiner Größe mit den Karbonatsystemen der Bahamas oder des Persischen Golfs vergleichbar ist. Es bildet eine wichtige, aber noch wenig erforschte Grundlage für die Interpretation vergleichbarer Rampensysteme, die in den Sedimentaufzeichnungen vorkommen. Die Sedimentverteilung auf dem Meeresboden ist ausführlich dokumentiert. Die Informationen über den neogenen bis pleistozänen Sedimentabschnitt des NWS hingegen beschränkten sich bisher auf Bohrklein aus Industriebohrungen und geophysikalische Daten. Im Jahr 2015 wurden im Rahmen der Expedition 356 des International Ocean Discovery Program (IODP) Bohrkerne in der Kontinentalrandabfolge des südlichen und zentralen Teils des NWS entnommen, um deren Ablagerungsgeschichte seit dem mittleren Miozän zu untersuchen. Die während dieser Expedition gesammelten Daten ermöglichten es zum ersten Mal, die Entwicklung einer tropischen, offen-marinen, distal steil abfallenden Rampe auf orbitaler Auflösung zu untersuchen. Die vorliegende Arbeit präsentiert eine Kombination aus sedimentologischen-, geochemischen-, petrophysikalischen-, und Klimaproxydaten. Erhobene Datensätze stammen aus dem mittelpleistozänen bis holozänen Abschnitt dreier IODP-Bohrungen (U1461 - U1463), die auf der mittleren bis äußeren Rampe des NWS positioniert sind. An der Bohrung U1461 wurden Kerndaten mit seismischen 2D-Reflexionsdaten kombiniert, was eine regionale und detaillierte Studie des Karbonatsystems auf einer zehner Meter Skala ermöglichte. Während ariden Glazialen ist die Sedimentation im untersuchten Teil des NWS durch anorganisch ausgefällte Karbonate, einschließlich Aragonit-Nadel-Schlamm und Ooiden, gekennzeichnet. Ooide entwickelten sich unter flachmarinen Bedingungen auf kleinräumigen Plattformen. Seismische und sedimentologische Daten deuten darauf hin, dass sich diese Plattformen lokal über der heutigen Mittelrampe bildeten und in der Regel während einer einzigen Eiszeit aktiv waren. Aragonit-Nadel-Schlamm fiel (anorganisch) in Flachwasserbereichen aus. Ein Großteil dieser Feinsedimente wurde anschließend in tieferes Wasser verfrachtet, wo sie sich mit pelagischen Karbonaten vermischten. Im Vergleich dazu sind humide Zwischeneiszeiten in der Regel durch eine geringere Sedimentation gekennzeichnet, was zu einer Verschmelzung der Ablagerungen der Gletschertiefstände führte. Allerdings wurden während des Holozäns und des marinen Isotopenstadiums 11 über weite Teile der mittleren Rampe nordwestlich von Barrow Island beträchtliche Mengen an biogenen Karbonaten abgelagert. Diese Sedimentansammlungen werden als lokales Phänomen interpretiert, welches durch einen lokalen Rückgang der Strömungsenergie hervorgerufen wurde. Eine an der IODP-Stelle U1461 durchgeführte Analyse des letzten Glazial zu Interglazial Übergangs ergab einen rapiden Übergang von Karbonaten, die reich an anorganischem Aragonit sind, einschließlich kleiner Nadeln (<5 μm) und Ooide, zu Sedimenten, die aus biogenen Karbonaten und Siliziklastika bestehen. Diese Umstellung erfolgte vor 10.1 tausend Jahren und fällt mit einem ausgeprägten Wandel hin zu einem humideren Klima und einem erhöhten Flussabfluss zusammen. Diese werden mit einer allmählichen südwärts Verschiebung der intertropischen Konvergenzzone und dem Einsetzen des australischen Sommermonsuns in Verbindung gebracht. Dieser Umschwung in Klima und Sedimentologie fällt außerdem mit einer Abnahme der Karbonat-Ionen-Konzentration zusammen, welche an den Schalen der planktischen Pteropoden Art Heliconoides inflatus gemessen wurde. Erhöhte Karbonat-Ionen-Konzentration und Alkalinität des Ozeanwassers aufgrund eines ariden Klimas und geringen fluvialen Abflusses scheinen daher eine Voraussetzung für die Bildung von (anorganischen) Aragonit reichen Flachwassersedimenten auf dem NWS zu sein. Diese Bedingungen sind nicht notwendigerweise synchron zu glazial-interglazialen Übergängen, sondern eher mit dem regionalen hydrologischen Zyklus verbunden. Diese Dissertation beleuchtet daher ein Rampensystem, in welchem das Klima bei der Steuerung der Karbonatablagerung ebenso wichtig ist wie die Entwicklung des Meeresspiegels. Die präsentierte Arbeit trägt damit grundlegend zum Verständnis des quartären NWS bei. Sie hat des Weiteren wichtige Implikationen für die Interpretation älterer Karbonatrampensysteme, welche auf seismischen Reflexionsdaten und in Aufschlüssen beobachtet werden.

Einrichtungen

• Fachgruppe für Geowissenschaften und Geographie [530000]
• Lehrstuhl für Geologie und Paläontologie und Geologisches Institut [531110]