4. Ergebnisse und Diskussion
4.7 Geochemische Untersuchungsergebnisse
4.7.2.2 Borgehalte der Tonfraktion
Geochemische Daten zum Spurenelement- bzw. Borgehalt der Illite liegen für den Unteren Mu-schelkalk des südlichen Germanischen Beckens bisher kaum vor. Hinweise auf die Bor-konzentration der Illite ergeben sich lediglich aus den Arbeiten von HARDER (1961) sowie PAUL
& FRANKE (1977). Die von diesen Autoren gemessenen Bor-Werte sind in Tabelle 4.6 zusam-mengefaßt. Im Rahmen der vorliegenden Bearbeitung wurden Borgehaltsmessungen an den Profilen Pforzheim, Ühlingen und Waldshut durchgeführt. Hierbei wurde von ca. 50 % der ent-nommenen Proben die Borkonzentration der nichtkarbonatischen Tonfraktion bestimmt. Die organische Substanz wurde vor der Messung mittels H2O2 entfernt (s. Kap. 3.3.3).
In diesen Bohrungen kann über die Abfolge des Unteren Muschelkalks hinweg eine kontinuier-liche Zunahme der Borgehalte in der Tonfraktion festgestellt werden (Abb. 4.39). Die mittlere Borkonzentration steigt ausgehend vom Profil Pforzheim (m = 188,1 ppm) über die Bohrung Ühlingen (m = 208,8 ppm) in südlicher Richtung an und ist in der evaporitisch entwickelten Abfolge der Bohrung Waldshut (s. Kap. 2.2) am höchsten (m = 219,7 ppm). Die Steigung der Regressionsgeraden wird hierbei geringer. Dies deutet auf eine zunehmende Verflachung des Sedimentationsraums hin (vgl. Kap. 2.1 u. 4.2).
Die Standardabweichung der Daten wird zur Beckenmitte hin geringer (Pforzheim: σ = 12,5;
Ühlingen: σ = 18,4; Waldshut: σ = 50,3). Innerhalb der Profile Pforzheim und Ühlingen zeigen die gemessenen Borgehalte im oberen Teil des Unteren Muschelkalks eine wesentlich stärkere Streuung (Abb. 4.39).
Tab. 4.6: Borgehalte im Unteren Muschelkalk von Göttingen (Niedersachsen), Gehalte in ppm:
(aus Dolomitbänken) Röt-Mergel Grenzgelbkalk Wellenkalk
210 – Tonfrak-tionen in den Profilen Pforz-heim, Ühlingen und Waldshut,
Geht man davon aus, daß der Borgehalt der Tonfraktion im wesentlichen auf das silikatisch gebundene Bor der Illite und Illit-Smektite zurückzuführen ist (Kap. 4.7.2.1), so lassen sich auf Basis der quantitativen Daten (Kap. 4.5.1) für den Illitanteil der Tonfraktion die in Tabelle 4.7 angegebenen Konzentrationen errechnen. Hierbei wurde für die Illit-Smektite ein durchschnitt-licher quellfähiger Anteil von 20 % zugrundegelegt.
Tab. 4.7: Mittlerer Borgehalt der Illite in den Profilen Pforzheim, Ühlingen und Waldshut, Gehalte in ppm:
Mittelwert (m) Minimum - Maximum Standardabweichung (σ)
Waldshut 262,2 185,6 - 335,9
58,2 232,8
195,6 - 273,9 20,7 Ühlingen Pforzheim
205,5 180,7 - 233,7
13,9 Bor [ppm]
Die Daten zeigen eine gute Übereinstimmung mit den von HARDER (1961) angegebenen Werten (Tab. 4.6). Auch die von PAUL & FRANKE (1977) angegebene Bor-Konzentration der Röt-Mer-gel (160 - 205 ppm, Tonfraktion) stimmt weitgehend mit den Borgehalten des Röts in den Pro-filen Pforzheim und Lengfurt überein (Abb. 4.39).
Wie bereits im Verlauf vorangegangener Untersuchungen deutlich wurde (Kap. 4.7.2.1), kön-nen jedoch auf Basis der gemessekön-nen Daten keine Aussagen über die absolute Salinität des Germanischen Muschelkalkmeers getroffen werden. Die Menge des eingebauten Bors ist von einer Vielzahl geochemischer Faktoren abhängig, wobei die Stoffmengenkonzentration im Meer-wasser wohl einer der wichtigsten ist.
150 200 250 300
150 200 250 300
Bor [ppm]
0,0 1,0 2,0 3,0
0,0 1,0 2,0 3,0
75 70 65 60 55 50
Teufe [m]
Corg[%]
Abb. 4.40: Rückgang der Borgehalte in der nichtkarbonatischen Tonfraktion der Bohrung Ühlingen durch sprunghaften Anstieg der Corg-Konzentration (Corg-Gehalte nach BECKER 1995).
Der in Abbildung 4.39 zu beobachtende Rückgang der Borwerte in den orbicularis-Schichten (Profil Ühlingen) wird z.B. durch einen sprunghaften Anstieg der Corg-Konzentration verursacht (Abb. 4.40). Wie ein Vergleich mit den von BECKER (1995) gemessenen Gehalten zeigt, verläuft die Abnahme der Borgehalte parallel zu einem starken Anstieg der Corg-Werte. Im Konzentrations-bereich < 1 % Corg scheint ein umgekehrt proportionales Verhältnis dieser Parameter jedoch nicht gegeben zu sein. Ein gegensätzliches Verhalten von Bor- und Corg.-Konzentration wurde u.a. von EAGAR (1962) in den Tonsteinen des Oberkarbons beobachtet, wobei hier wesentlich
höhere Corg-Gehalte gemessen wurden. Da der Anteil an organischer Substanz im Liegenden der orbicularis-Schichten stetig abnimmt (BECKER 1995), ist diese Abhängigkeit somit im Unteren Muschelkalk eher von untergeordneter Bedeutung. Gegen ein prinzipiell antagonistisches Ver-halten dieser Parameter spricht auch die Tatsache, daß organische Substanz eine hohe Affinität zu Tonmineralen besitzt und an deren Oberflächen häufig adsorptiv gebunden wird. Ein kompetitiver Reaktionsprozeß, der den selektiven Einbau des Bors in Illite merklich behindert, erscheint auch unter diesem Gesichtspunkt nur bei hoher Corg-Konzentrationen in der nichtkar-bonatischen Tonfraktion wahrscheinlich. Tonfrak-tion in den Profilen Pforzheim, Ühlingen und Waldshut, Gehal-te in ppm. Die relativen Kon-zentrationsschwankungen las-sen sich anhand der charakteri-stischen Wertegruppen A - E eindeutig zuordnen.
Innerhalb der im Unteren Muschelkalk stetig ansteigenden B-Gehalte lassen sich mindestens fünf charakteristische Verteilungsmuster identifizieren, die innerhalb der Profile in gleicher stra-tigraphischer Position auftreten (Abb. 4.41). Die Wertegruppen (A - E) sind in Abbildung 4.41 durch entsprechende Markierungen hervorgehoben und können eindeutig zugeordnet werden.
Die Korrelationskoeffizienten (R) der korrespondierenden Gruppen sind ober- bzw. unterhalb der Verbindungspfeile angegeben. Im Maximum werden Werte von 0,97 bzw. 0,98 erreicht (Grup-pen A und D, für n = 3 - 6).
Bis auf das Zwischenmittel der Gruppen C und D lassen sich nahezu alle Borgehaltsschwankungen korrelieren. Besonders auffällig ist hierbei, daß z.B. die Wertegruppe A (Bohrung Ühlingen) sowohl in dem ca. 150 km nördlich gelegenen tieferen (Bohrung Pforzheim), als auch in dem ca.
17 km südlich gelegenen flacheren Teil des Beckens (Bohrung Waldshut) wiederkehrt. Aus dem dargestellten Zuordnungsschema wird deutlich, daß sich im Unteren Muschelkalk offensicht-lich ein zeitgleicher Wechsel der Borkonzentration nachvollziehen läßt. Diese Tatsache weist darauf hin, daß trotz unterschiedlicher Absolutgehalte über die relative Konzentrations-schwankung des Bors ein geochemisches Paläosalinitätssignal abgebildet wurde. Eine zufällige Ähnlichkeit scheint aufgrund der sehr hohen Korrelationskoeffizienten ausgeschlossen zu sein (Abb. 4.41).
Geht man für den Unteren Muschelkalk von einer relativ gleichmäßigen Morphologie des Meeres-bodens aus (u.a. SCHWARZ 1970), so könnte durch einen salinitätsabhängigen Einbau von Bor in die Illite ein geochemisches Signal entstanden sein, das sich im gesamten Muschelkalkbecken rekonstruieren läßt. Aufgrund der höheren Evaporationsrate in den küstennahen Randbereichen müßte hier die absolute Borkonzentration höher liegen. Analog dazu würde die beginnende Einschnürung des Beckens an der Grenze zum Mittleren Muschelkalk zu einem Anstieg der Borgehalte führen. Unter diesen Bedingungen wäre eine höhere Streuung der Werte, die durch einen eingeschränkten Wasseraustausch und den zunehmenden Einfluß der Beckenmorphologie verursacht wird, wahrscheinlich. Die gemessenen Analysenwerte scheinen diese Interpretation zu bestätigen.
Prinzipiell könnten diese zyklischen Schwankungen auch durch eine Ablagerung detritischer Illite mit unterschiedlichem Borgehalt entstanden sein. Gegen diese Annahme spricht jedoch, daß in diesem Fall die Tonfraktion des in der Beckenmitte gelegenen Profils Pforzheim auf-grund ihres höheren Illitanteils (Ø 88,1 %) im Vergleich zu den Profilen Ühlingen und Waldshut (Ø 81,9 bzw. 76,6 % Illit) höhere Borgehalte besitzen müßte (vgl. Kap. 4.5.1, Tab. 4.2). Darüber hinaus wäre aufgrund der unterschiedlichen sedimentären Transportmechanismen eine relativ schlechte Korrelation zwischen den tieferen und flacheren Beckenbereichen zu erwarten. Diese Aspekte werden jedoch durch die gemessenen Werte nicht bestätigt.
Auch die höhere Streuung der Borgehalte im oberen Teil der Abfolge kann nicht durch stark schwankende Detrituseinträge erklärt werden. Wie ein Vergleich mit den gemessenen Rückstands-mengen zeigt, ist in den entsprechenden Profilen weder ein Anstieg der Rückstandsgehalte noch eine signifikante Veränderung der Silt/Tonverhältnisse feststellbar (Kap. 4.2 u. 4.3).
Die Borkonzentration ist auch nicht von der Illit-Kristallinität abhängig (s. Kap. 4.6.1 u. 4.7.2.1).
Die geringeren B-Gehalte im unteren Teil der Muschelkalk-Abfolge können im Profil Ühlingen nicht auf eine Zunahme der Illit-Kristallinität zurückgeführt werden. Die im Profil Pforzheim mit der Teufe ansteigende Kristallinität führt nicht zu einer überproportionalen Abnahme der Borkonzentrationen.
Aus der reproduzierbaren Veränderungen der Relativgehalte ergeben sich somit Korrelations-koeffizienten, die nur durch ein isochrones erdgeschichtliches Ereignis erklärt werden können.
Die Summe der gewonnenen Daten weist darauf hin, daß die beobachteten Schwankungen in der Borkonzentration durch Salinitätsschwankungen verursacht wurden.