5. Ergebnisse
5.1 Organische Petrologie an TOC-armen Sedimenten: Signifikanz und Limitierung
Korrelation optischer Auszählereebnisse mit dem TOC-Gehalt der Probe - Sienifikanz oreanisch-petroloeischer Untersuchuneen an Sedimenten
Die Quantifizierung autochthoner und allochthoner Anteile anhand mikroskopischer Auszählergebnisse setzt voraus, daß der gemessene TOC der Gesamtprobe dem sichtbaren OM entspricht. Gleichzeitig muß nachgewiesen werden, daß die Auszählergebnisse nach verschiedenen Verfahren (Volumen- oder Korn%-Anteile) vergleichbare Mazeralverteilungen wiedergeben. Um eine repräsentative Aussage über die Mazeralzusammensetzung machen zu können, ist eine möglichst große Anzahl organischer Partikel (mehrere 100 Punkte) zu zählen.
Aufgrund der niedrigen TOC-Gehalte der Sedimente des EN bietet sich deshalb die Erfassung des OM als Korn% an. Hierbei bleibt jedoch die mineralische Phase der Probe unberücksich-tigt. Im Gegensatz dazu geht beim Auszählen von Volumen% die mineralische Matrix der Probe in die Bilanzierung des OM mit ein; es werden jedoch nur sehr wenige organische Partikel gezählt (1,0 Gew.% TOC"" 40 Mazerale bei 2000 Punkten), so daß die Mazeral-verteilung nur ungenau ermittelt werden kann.
An glazialen und interglazialen Sedimenten aus verschiedenen Bereichen des EN wurden beide Auszählverfahren durchgeführt (Abb. 18). Insgesamt wird eine gute Übereinstimmung mit Abweichungen < 25 % zwischen den gezählten Korn% und den Volumen% der autochthonen Mazerale festgestellt. Die Ergebnisse glazialer Sedimente streuen mit Abweichungen zwischen 2-45 % stärker als die interglazialer Proben. Es fällt auf, daß bis auf zwei Proben (23071, 89-99 cm und 17728-1, 20-21 cm) grundsätzlich die marinen Korn%
höher als die entsprechenen Volumen% liegen. Da als Grundlage für die Kalkulation mariner Anteile am TOC in dieser Arbeit Korn% eingesetzt wurden, muß insgesamt von einer gering-fügigen Überschätzung der gewichtsnormierten autochthonen Werte ausgegangen werden.
Der Volumenanteil organischer Partikel und der TOC-Gehalt der Probe werden aufgrund der Dichteunterschiede zwischen organischen und mineralischen Partikeln mit einem Verhältnis von 2: 1 für Sedimente angegeben (Rullkötter et al. 1992). Insgesamt können aber, je nach Ausgangsmaterial und Reifestadium des OM, Werte zwischen 1,3 bis 2,0 ermittelt werden (Tab. 4 ). Wird ein Verhältnis von etwa 1 :2 errechnet, so ist der TOC der Probe quantitativ mikroskopisch erfaßbar. Geringe Abweichungen von diesem Quotienten können auf Varia-tionen in der mineralischen Zusammensetzung zurückgeführt werden (Rullkötter et al. 1992).
e
Glaziale Sedimente+
Interglaziale Sedimente• /
10
I /
•
20
I
30
20%, I I I / /
40
Kornzahl% autochthoner Mazerale
/ / / /
/ 20%
/
50 60
Abb. 18: Korrelation der Ergebnisse verschiedener mikroskopischer Auszäblverfabren (Kom -versus Volumen%) an TOC-armen Sedimenten aus dem Europäischen Nordmeer. Autochthone Anteile am organischen Material belegen eine gute Übereinstimmung zwischen den zwei Methoden. Die insgesamt stärkere Streuung der Daten bei glazialen Sedimenten gibt einen Hinweis auf Probleme bei der exakten Trennung zwischen Liptodertinit autochthoner und allochthoner Herkunft.
Für die oben diskutierten glazialen und interglazialen Proben wurden Verhältnisse zwischen 1:1,8 bis 1:2,5 errechnet (Abb. 19). Interglaziale Sedimente weisen eine deutlich geringere Streuung der Werte als glaziale Proben auf. Für Proben mit hohen TOC-Gehalten (> 0,8 Gew.%) wurden maximale Quotienten zwischen 1: 2,2 und 1: 2,3 ermittelt.
Probe Stadium Faktor Quelle
Marines OM Rezent/Pelagial 1,8 Müller et al. 1986 Marines QM Rezent/Pelagial 2,0 Wefer & Fischer subm.
Sediment Diagenese 2,0 Rullkötter et al. 1992
Sediment Diagenese 2,0 Scheidt & Littke 1989 Torf Rezent/Subrezent 2,0 Tissot & Weite 1984
Kohle Diagenese 1,6 Tissot & Weite 1984
Kerogen I Diagenese 1,3 Tissot & Weite 1984 Kerogen II Diagenese 1,3 Tissot & Weite 1984 Kerogen III Diagenese 1,5 Tissot & Weite 1984
Tab. 4: Zusanunenstellung von Faktoren zur Abschätzung des gesamten organischen Materials aus dem TOC unterschiedlicher Proben. Für Sedimentproben aus dem Europäischen Nordmeer ist ein Verhältnis von 1:2 nach Rullkötter et al. (1992) zu erwarten.
e
Glaziale Sedimente+
Interglaziale Sedimente~ 2
- J ,8
1,5-.B
1
1 . . - - ~ ~ - - + ~ ~ ~ + - - , r ' - - , " ' - - r - i - ~ ~ ~ + - - ~ ~ - + - ~ ~ - - - - t> ö
0,5
o+-..--.--.r-+-r---.----.--+-...-..,...--11-T-.--r---+---.---.-..--+-.---.---,----t
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
TOC (Gew.%) gemessen
Abb. 19: Korrelation des gemessenen TOC glazialer und interglazialer Proben mit dem mikro-skopisch ermittelten Volumenanteil der Mazerale (%). Nach Rullkötter et al. (1992) belegt ein Verhältnis von 1:2, daß der geocbemiscb bestimmte TOC im licbtmilcroskopiscb sichtbaren Bereich liegt, die Mazeralanalyse also den gesamten organischen Kohlenstoff der Probe erfaßt.
Abweichungen können auf Dichteunterscbiede in der mineralischen Matrix zurückgeführt werden.
Zur Quantifizierung des submikroskopischen organischen Materials siehe Tab. 5.
Bilanzierung der TOCFraktionsanteile zur Quantifizierung von submikroskopischem OM -Limitierung der organischen Petrologie an Sedimenten des EN
Glaziale und interglaziale Sedimente aus verschiedenen Seegebieten des EN (Grönland-See, Boreas-Becken, Island-Plateau und Norwegen-See) wurden entsprechend ihrer Komgrößen-äquivalente (bezogen auf Quarz) in sechs Fraktionen getrennt und anschließend ihr TOC-Gehalt bestimmt und gewichtsnormiert. Die Verteilung der TOC-Anteile in den Fraktionen (TOCp), bezogen auf den TOC der Gesamtprobe (TOCa), ist in Abb. 20 dargestellt.
In oberflächennahen Proben wurde eine Dominanz des TOC-Anteils in der< 2 µm-Fraktion (TOCF(<2)) mit 50-72 % des TOCa festgestellt. Ausnahme bildet die Probe 17728-1 (0-1 cm), die durch TOCF(<2)-Anteile zwischen 40-55 % des TOCa gekennzeichnet ist. Für die gröberen Kornfraktionen (2-125 µm) wurden kontinuierlich abnehmende TOCp-Anteile, bezogen auf den TOCa, ermittelt. Deutliche Unterschiede treten jedoch bei den TOCF(125-2000rAnteilen zwischen den Sedimenten aus dem nördlichen (17728, 21906) und denen aus dem südlichen EN (23071, 23352) auf.
(%)
17728-1, 17728-1, 17728-1, 21906-1, 21906-1, 23352-2, 23352-2, 23071-2, 23071-3, 0-1 15-16 20-21 5-6 25-26 0-1 18-19 2-3 89-90
Abb. 20: Relative prozentuale Verteilung der TOC-Gesamtsedimentgehalte in den Fraktionen
<2 µm, 2-6 µm, 6-20 µm, 20-63 µm, 63-125 µm und 125-2000 µm glazialer und interglazialer Sedimente aus dem nördlichen und südlichen Europäischen Nordmeer. Deutlich erhöhte TOC-Anteile in der Fraktion 125-2000 µmin den Proben der Kerne 17728 (0-1 cm) und 21906 (5-6, 25-26 cm) weisen auf rezenten wie auch fossilen IRD-Eintrag im Einflußbereich des zeitweise eis-bedeckten Ostgrönland-Stroms hin.
Während sowohl interglaziale als auch glaziale Sedimente der Kerne 23071 und 23352 durch geringe TOCF(125-2ooorAnteile < 5 % des TOCa gekennzeichnet sind, treten in den Sedimenten der Kerne 17728 und 21906 z.T. erhöhte Werte zwischen 5-22 % des TOCa auf.
Dieser Befund zeichnet deutlich den Einfluß glaziomariner Sedimentationsprozesse für den nördlichsten Teil des EN, sowohl während des letzten Glazials (21906, 25-26 cm) als auch des Holozäns (21906, 5-6 cm), nach. Demgegenüber dokumentieren die Sedimente der südlich gelegenen Kerne eisfreie Oberflächenwassermassen, in denen ein IRD-Eintrag zumindest während des Holozäns nicht stattfand. Der niedrige TOCF(12s-2ooorAnteil von 5,2
% des TOCa in der Probe 23071, 89-99 cm (Diamikt) gibt einen Hinweis auf erhöhte Einträge von Schmelzwassersuspension während deglazialer Klimaphasen vom Schelf bis auf das äußere V(6ring-Plateau, so daß es zu einer Verdünnung des IRD-eingetragenen,
allochtho-nen OM durch erhöhte Detrinitgehalte kommt. Eine abschließende Interpretation ist jedoch erst nach weiterführenden Untersuchungen an Diamiktproben aus westlich gelegenen Sedimentkemen möglich.
Die Quantifizierung submikroskopischer Anteile am TOCa setzt voraus, daß nach Auf-summieren der gewichtsnorrnierten TOCp-Gehalte eine optimale Übereinstimmung mit dem TOCa erreicht wird. Generell wurde, sowohl bei oberflächennahen als auch bei glazialen Proben, eine deutliche Übereinstimmung mit Abweichungen< 10 % zwischen den gemesse-nen und den kalkulierten TOC-Gehalten festgestellt (Tab. 5).
Der Grenzbereich der Lichtmikroskopie liegt bei 1 µm Partikelgröße. Wie bereits in Abschnitt 4.5 diskutiert, ist eine eindeutige Identifizierung organischer Partikel jedoch bereits
< 2 µm Partikelgröße nur noch bedingt möglich, so daß der TOCp-Anteil in der Fraktion< 2 µm bzw. < 1 µm, bezogen auf die Korngröße der organischen Komponenten, als sub-mikroskopisches OM anzugeben ist. Für Mazerale werden nach Stach et al. (1982) folgende durchschnittliche Dichtewerte angegeben: Anteil TOC- Anteil TOC-Anteil Fraktion 2 µm Vitrinit
=
1 µm Vitrinit=
<2µm <0.99 µm <0.49 µm miner. Phase miner. Phase
Gew.% Gew.% Gew.%
Tab. 5: Bilanzierung von TOC-Fraktionsanteilen zur Quantifizierung von submikroskopischem organischen Material in glazialen und interglazialen Sedimenten aus dem Europäischen Nordmeer. Voraussetzung ist eine optimale Übereinstimmung zwischen gemessenen und errechneten TOC- Gehalten. Entsprechend der geringeren Dichte von Vitrinit (1,4 g/cm3) wurden für 1 µm und 2 µm große Vitrinite Komgrößenäquivalente der mineralischen Phase (Dichte Quarz) nach Stokes ermittelt und anschließend der prozentuale submikroskopische Anteil am Gesamt-TOC der Proben kalkuliert. Werte zwischen 18,5-11,2 % (1 µm Vitrinit) belegen, daß mit Abstand der größte Teil des organischen Materials lichtmikroskopisch sichtbar vorliegt
Nach der Stokes'schen Beziehung wurde für Vitrinit < 2 µm und < 1 µm Kornlänge das Korngrößenäquivalent der entsprechenden mineralischen Phase mit einer Dichte von 2,65 g/cm3 ermittelt. Modifizierende Faktoren, wie z.B. die Kornform, wurden nicht berücksichtigt Hiernach errechnen sich folgende Werte:
Organischer Partikel:
- Vitrinit < 2 µm - Vitrinit < 1 µm
Korngrößenäquivalent der mineralischen Phase:
mineralische Phase < 0,989 µm mineralische Phase < 0,493 µm
Hieraus leiten sich folgende Limitierungen für die organische Petrologie an Sedimenten im Grenzbereich der Lichtmikroskopie ab:
- Aufgrund der geringeren Dichte organischer Partikel ist das gesamte Korngrößenspektrum eines Sediments bis 0,99 µm bzw. 0,49 µm Korngrößenäquivalent (Dichte Quarz) sichtbar.
- Fluoreszierende organische Partikel <1 µm sollten als diffuse Hintergrundfluoreszenz in der mineralischen Matrix sichtbar, aber nicht quantifizierbar sein.
Weiterführend wurde, unter der vereinfachenden Annahme, daß das OM in der Fraktion< 2 µm (Korngrößenäquivalent für Quarz) zu gleichen Anteilen in den Subfraktionen verteilt ist, der prozentuale submikroskopische TOC-Anteil (TOCsF) am TOC der Gesamtproben TOCa errechnet (Tab. 5). Entsprechend ergeben sich für
Vitrinite < 2 µm Vitrinite < 1 µm
37-28 % submikroskopisches OM, und für 18-14 % submikroskopisches OM
bezogen auf den TOC der Gesamtprobe. Da keine Hintergrundfluoreszenz festgestellt wurde, ist davon auszugehen, daß der submikroskopische TOC-Anteil in den Sedimenten des EN vitrinitischen oder inertinitischen Ursprungs ist.