Geochemische Untersuchungen an Schwarzpeliten des Eozänen Eckfelder Maares zur Rekonstruktion der Paläoumweltbedingungen

Abstract

Ca. 120 Proben aus Bohrkernen der bituminösen Laminite des Eozänen Eckfelder Maares wurden hinsichtlich ihrer Elementverteilung (C/N) sowie ihrer Kohlenstoffisotopie analysiert. An ausgewählten Proben wurden Rock-Eval-Pyrolysen und Bestimmungen der Stickstoffisotopenverteilung durchgeführt. Die molekulare Zusammensetzung der extrahierbaren organischen Bestandteile von 26 ausgewählten Proben wurde untersucht. Neben den organischen Bestandteilen wurde die Kohlenstoff- und Sauerstoffisotopenverteilung von im Sediment enthaltenem Siderit bestimmt.<br /> Die durchschnittlichen C/N-Verhältnisse von 30 sowie die Ergebnisse der Biomarkeranalytik deuten auf einen von Landpflanzenresten dominierten Eintrag von organischem Material im basalen Bereich der sedimentären Abfolge hin. Das durchschnittliche Kohlenstoffisotopenverhältnis des organischen Materials ist niedriger als das von isolierten Holzresten. Dies wird als Hinweis auf einen hohen Anteil von lipidreichem Landpflanzenmaterial aus Blattwachsen interpretiert. Darüber hinaus wird angenommen, dass innerhalb der Wassersäule und im Sediment durch die Aktivität von Bakterien, Recyclingprozesse stattfanden, welche die Kohlenstoffisotopie des organischen Materials zu leichteren Werten verschoben haben. Die Nutzung der Kohlenstoffisotopie als Proxy für die Herkunft des organischen Materials ist deshalb nur eingeschränkt möglich. Untersuchungen der Stickstoffisotopenverteilung des organischen Materials ergaben Hinweise auf wechselnde Nährstoffverfügbarkeiten innerhalb des Sees. Als weitere Prozesse, welche die Stickstoffisotopenverteilung des organischen Materials beeinflussen können werden die Volatilisierung von Ammoniak, die Denitrifikation und die Assimilation von atmosphärischem Stickstoff durch Cyanobakterien diskutiert. <br /> Der Trend zu schwereren Kohlenstoffisotopenwerten der Siderite an der Basis des beprobten Profils belegt die Entwicklung zu meromiktischen Bedingungen mit einer ausgeprägten anoxischen Bodenwasserzone und der Genese von Methan. Die anhaltend schweren Kohlenstoffisotopien der Siderite oberhalb einer Teufe von 28 m deuten auf permanent anoxische Verhältnisse in der Bodenwasserzone, während der weiteren Seeentwicklung. Die Sauerstoffisotopenverhältnisse von Sideriten aus turbiditischen Sequenzen der Sedimentabfolge zeigen niedrigere Werte als solche aus laminierten Bereichen. Diese Beobachtung wird als Folge sich ändernder Niederschlagsverhältnisse gedeutet. Möglicherweise führten Perioden mit verstärkten Niederschlägen zu einer Zunahme der Wahrscheinlichkeit von Hangrutschungen und zu einer verbesserten Zirkulation innerhalb des Wasserkörpers. Die Alteration vulkanischen Materials wird als eine weitere Möglichkeit zur Erklärung der niedrigen Sauerstoffisotopien in klastischen Lagen diskutiert.

<strong> Palaeoenvironment of the Eocene Eckfeld Maar lake - implications from geochemical analysis of the laminated sediments </strong> <br /> About 120 drill core samples of the laminated organic rich sediments of the Eocene Eckfeld Maar were investigated for their C/N-elemental ratios and carbon stable isotopic composition of bulk organic matter. Selected samples were chosen for Rock-Eval analysis and determination of the nitrogen stable isotopic composition of the bulk organic matter. The molecular composition of the soluble organic fraction of 26 selected samples was investigated. Siderites were analysed with respect to their carbon and oxygen stable isotopic composition. <br /> Average C/N values of 30 as well as the results from biomarker analysis indicate a dominance of organic matter derived from higher land plants in the lower part of the sedimentary succession. The low values of carbon isotopic composition of the bulk organic matter compared to the values of fossil wood fragments is explained by high proportions of lipid-rich land plant remains from leaf waxes. Using the carbon isotopic composition of the bulk organic matter as an indicator for the source of organic material is complicated by the activity of bacteria. Bacterially induced carbon cycling processes within the sediment and the water column may have resulted in a depletion of the biomass in the heavy isotope of carbon. The nitrogen stable isotopic composition of the organic matter indicates changing availabilities of nutrients within the water column. Ammonia volatilisation, denitrification and the assimilation of atmospheric nitrogen by cyanobacteria are discussed as further possible explanations for the variations in nitrogen isotopic compositions. The observed trend towards heavier C-isotopic values of siderites from the lowermost section of the sampled sedimentary sequence indicates the evolution of permanently meromictic conditions in the lake with anoxic conditions at the sediment-water interface and geneses of methan. Siderites above 28 m of the sedimentary sequence continually show high C-isotopic values indicating permanently anoxic conditions at the sediment-water interface. Siderites from turbiditic sequences show lower O-isotopic values relative to siderites from laminated sediments, which is interpreted as an effect of changing amounts of precipitation. Phases of increased precipitation may have raised the probability of landslides followed by periods of improved circulation within the water column. The alteration of volcanic material may also have affected the O-isotopic composition of siderite.