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dc.contributor.advisor Reitner, Joachim Prof. Dr. de
dc.contributor.author Caselmann, Meike de
dc.date.accessioned 2006-03-24T15:24:28Z de
dc.date.accessioned 2013-01-18T11:30:18Z de
dc.date.available 2013-01-30T23:50:16Z de
dc.date.issued 2006-03-24 de
dc.identifier.uri http://hdl.handle.net/11858/00-1735-0000-0006-B32C-0 de
dc.description.abstract Die Erforschung von Verkalkungsprozessen an organischen Matrizen und Biofilmen ist seit Jahren im Fokus karbonatsedimentologischer und biogeochemischer Untersuchungen. Cyanobakterien-reichen Biofilmen werden dabei Schlüsselfunktionen zugeschrieben. Die Bildungsmechanismen und der Umfang von cyanobakterieller Beteiligung an mineralisierenden und gefügebildenden Prozessen, besonders im fossilen Bericht, beruhen vielfach nur auf Vermutungen, sind oftmals umstritten und werden kontrovers diskutiert. Untersuchungen an rezenten Mikrobialithen können zum besseren Verständnis der Bildungsprozesse und zur Rekonstruktion der Umweltbedingungen fossiler Mikrobialithe beitragen. So können eventuell Umweltbedingungen und Modelle über die an der Gesteinsbildung beteiligten Organismen innerhalb der verkalkenden Biofilme in den fossilen Bericht übertragen werden. Aktives Mikrobialith-Wachstum ist für wenige marine, aber für zahlreiche lakustrine Fallbeispiele belegt worden. Bekannte Vorkommen heutiger lakustriner Mikrobialithe sind unter anderem von den westaustralischen Salzseen beschrieben. In der vorliegenden Arbeit wurden Stromatolith- und Thrombolith-Typen der westaustralischen Salzseen Lake Thetis und Lake Clifton sowie deren rezente Biofilme untersucht. Weitere westaustralische Seen und die marin-geprägte Shark Bay wurden zum Vergleich herangezogen. Das hydrochemische Milieu aller fünf Salzseen und der Shark Bay wurde charakterisiert. Es zeigte sich, dass alle Seen eine Na-Cl-Dominanz aufweisen. Die evaporativ geprägten Seen entsprechen in den Ionenverhältnissen dem Meerwasser, enthalten jedoch weniger Kalzium. Die Ca2+-Konzentrationen in den Seen Lake Thetis und Lake Clifton hängen zum einen mit Wechselwirkungen mit sublakustrinem Grundwasser, zum anderen mit subfossiler wie auch rezenter Karbonatfällung zusammen. Zur Charakterisierung der fossilen bis subfossilen Mikrobialithe wurde deren fossile Cyanobakterien-Vergesellschaftung und die geochemische Zusammensetzung (δ13C und δ18O, Haupt- und Spurenelemente, Kohlenstoff und Stickstoff, Biomarker) ermittelt. Die mikrobiellen Karbonate des Lake Thetis enthalten neben mikrokristallinem, klumpigem Aragonit, terrigenen Komponenten und Organomikrit"-Krusten sehr gut erhaltene Cyanobakterien (Phormidium sp., Scytonema sp., Entophysalis sp.). In jüngeren Stromatolithen des Lake Thetis sind Letztere in Form von Lamellen in Wechsellagerung überliefert. Stromatolith-Typen älterer Bioherme zeichnen sich durch geringere Anteile an Cyanobakterien und erhöhten terrigenen Eintrag aus. Eine amorphe Magnesium-Silizium-Phase ist in den subfossilen Stromatolithen des Lake Thetis in Form silifizierter Mikrofossilien (Scytonema-Scheiden) als unregelmäßige Lagen zwischen einschlussreichem Aragonit und feinlaminiertem Organomikrit" und als Rissfüllungen vertreten. Das Mg/Si-Molverhältnis der amorphen Phase beträgt 1 : 1,1. Rezente Biofilm-Karbonat-Oberflächen enthalten keine Mg-Si-Phase. Die Bildung der Mg-Si-Phase in den fossilen Stromatolithen lässt sich eventuell auf geänderte Umweltbedingungen zurückführen. Die subfossilen Thrombolithe des Lake Clifton wurden unter Beteiligung von Scytonema sp. gebildet. Rezent ist neben den Diatomeen vor allem Phormidium sp. in den Biofilmen dominierend. Eine amorphe Mg-Si-Phase (Mg/Si-Molverhältnis von 1 : 1,66) stabilisiert die subfossilen Thrombolithe. Sie ist aus früheren Arbeiten nicht bekannt und spiegelt Entwicklungen des Sees wider (Zunahme der Eutrophierung und der Salinität, Stagnation des Thrombolith-Wachstums), die erst nach 1993 einsetzten. Daten der stabilen C- und O-Isotope aus fossilen bis subfossilen Mikrobialith-Proben aller Seen ergeben keine für evaporative Systeme typische positive Kovarianz. Schwankungen innerhalb eines Lake Thetis-Stromatoliths mit ausgeprägter Wechsellagerung von Entophysalis"- und Scytonema-Phormidium"-Lamellen gehen nicht unmittelbar auf jahreszeitliche Schwankungen zurück. Die zum Teil negativen Kovarianzen gehen vermutlich auf eine Kombination von Evaporation, Überschichtung meteorischer Wässer und Schwankungen der Primärproduktion zurück. Die Biomarker-Analysen der subfossilen Lake Thetis-Stromatolithe zeigen Diatomeen und Cyanobakterien als Primärproduzenten organischen Materials an. Das Schwefelpurpurbakterien-reiche Seebeckensediment des Lake Thetis liefert als Hauptkomponente Vaccensäure, welche ebenfalls in den subfossilen Stromatolithen des Seerands enthalten ist. Vaccensäure konnte erstmalig sowohl in einem durch Mikrobialith-Wachstum dominierten lakustrinen Milieu als auch in subfossilen Stromatolithen nachgewiesen werden. Diatomeen dominieren jahreszeitenunabhängig die Flora des Seewasserkörpers und die Oberflächen der Bioherme, sowohl im Lake Thetis als auch im Lake Clifton. Rezente Verkalkungsprozesse in Lake Thetis laufen während der Regenzeit an Scytonema-besiedelten Oberflächen mit Kontakt zum Seewasser ab. Während der Trockenzeit sind die Präzipitationsfronten an die Grenzbereiche der Gloeocapsa-EPS gekoppelt. Gut definierte mikritische Cyanobakterien-Tuben, wie sie bei einer Photosynthese-gesteuerten Kalzifikation entstehen, kommen in den Seen nicht vor. Stattdessen finden im Lake Thetis Verkalkungen in Form mikrokristalliner, faseriger Aragonite an EPS-Randbereichen von Gloeocapsa-Kolonien, im Umfeld von Scytonema sp. und als zementierte Filamentspuren von Phormidium sp. statt. Im Fall des Lake Clifton sind Scytonema sp. und Phormidium sp. in Form von Filamentspuren im mikrokristallinen Aragonit erkennbar und am Aufbau der subfossilen Thrombolithe beteiligt. Eine amorphe Mg-Si-Phase stabilisiert die Thrombolithe und wird als bisher letzte Bildungsphase interpretiert. Um den Einfluss der Photosynthese auf eine Verschiebung des Karbonatgleichgewichtes abschätzen zu können, wurden Modellrechnungen (Programm PHREEQC) durchgeführt, welche einen photosynthetischen C-Entzug bei einem heutigen CO2-Partialdruck simulieren. Die Modellrechnungen zeigen, dass im Lake Clifton der Einfluss Photosynthese-gesteuerter CaCO3-Fällung im Seewasser vergleichsweise gering, in Mischwasserzonen allerdings höher ist. Das hier beobachtete Fehlen mikritischer Tuben geht auf die Pufferwirkung des Seewassers zurück, dessen zunehmende Eutrophierung vermutlich zu einer Dezimierung der Biofilmgemeinschaften (insbesondere Scytonema sp.) geführt hat. Im Fall des Lake Thetis gehen fehlende Cyanobakterien-Tuben vermutlich auf einen geringeren Ca2+-Eintrag und eine erhöhte pH-Pufferung zurück. Die Verkalkungen der Stromatolithe sind vermutlich auf Degradationsprozesse innerhalb der Biofilm-EPS zurückzuführen. Als fossiles Analogon der Mikrobialithe des Lake Thetis und des Lake Clifton können die Grünalgen-Stromatolith-Bioherme des miozänen Riessees angesehen werden. Insbesondere die sogenannten Sinterkrusten" dieser miozänen Bioherme (Nördlinger Ries, Süddeutschland) gleichen den Organomikrit"-Krusten des Lake Thetis. Zudem sind in jungen Ries-Ablagerungen Cyanobakterien gefunden worden, die morphologisch Scytonema sp. ähneln. Vom Riessee ist ein Wechsel vom Soda"-See über Playa-Stadien hin zu einem Aussüßungsstadium bekannt. Lake Thetis wird als rezentes Gegenstück für den oberen Teil der im Profil Hainsfarth" aufgeschlossenen Grünalgen-Stromatolith-Bioherme angesehen. Entsprechend ist für dieses Stadium des Riessees eine hydrochemische Zusammensetzung anzunehmen, welche der des heutigen Lake Thetis ähnlich war. de
dc.format.mimetype application/pdf de
dc.language.iso ger de
dc.rights.uri http://webdoc.sub.gwdg.de/diss/copyr_diss.html de
dc.title Rezente und subfossile Mikrobialithe westaustralischer Salzseen de
dc.type doctoralThesis de
dc.title.translated Recent and subfossil microbialites from westaustralian salt lakes de
dc.contributor.referee Reitner, Joachim Prof. Dr. de
dc.date.examination 2005-05-20 de
dc.subject.dnb 550 Geowissenschaften de
dc.description.abstracteng Calcification processes on organic matrix and biofilms have been in focus of carbonate sedimentological and biogeochemical investigations in recent years . Biofilms which are rich in cyanobacteria are known to perform elementary key functions. The mechanisms of formation and the extent of cyanobacterial participation in processes of mineralization and fabric formation, especially for the fossil record, are based on assumptions, which today still are of controversial issue. Investigations on recent microbialites could contribute to a better understanding of formation processes and reconstruction of environmental conditions under which fossil microbialites are built. Possible environmental conditions and models about organisms which participated in the formation of microbialites within the biofilms can be translated in the fossil record. Active growth of microbialites is known from only few marine examples, but is documented from a large number of lacustrine case studies. Well-known examples of recent lacustrine microbialites are described from Western Australian salt lakes. In this paper stromatolite- and thrombolite types and their recent biofilm coverings from the Western Australian salt lakes Lake Thetis and Lake Clifton have been investigated. For comparison from further Western Australian lakes and the marine-derived Shark Bay samples were taken. From all five salt lakes and from the Shark Bay the hydrochemical setting was characterised. All lakes show a dominance in Na-Cl content. The evaporative influenced lakes correspond to the seawater ionic ratio, containing less calcium. Thus, Lake Thetis and Lake Clifton lower Ca2+ -concentrations are a result of interactions with sublacustrine groundwater, subfossil and recent carbonate precipitation. To characterise the fossil to subfossil microbialites, their cyanobacterial communities and the geochemical composition (δ13C and δ18O, main and trace elements, carbon and nitrogen, biomarkers) were determined. The microbial carbonates of Lake Thetis contain microcrystalline, clotted aragonite, terrigenous components, "organomicrite" crusts and well preserved cyanobacteria (Phormidium sp., Scytonema sp., Entophysalis sp.). The latter are interchanging layers of intercalated laminae. Stromatolite types associated with older bioherms show a lower content of cyanobacteria and a higher terrigenous input. Further an amorphous Mg-Si phase was found in form of irregular layers inbetween inclusion-rich aragonite and fine laminated "organomicrite", as well as in form of fissure fillings and silicified microfossils (Scytonema sheaths). The calculated Mg-Si mol ratio is 1 : 1,1. Recent biofilm carbonate surfaces show no signs of a Mg-Si phase. Therefore the evident different formation of this phase is a result of altered environmental conditions. The subfossil thrombolites of Lake Clifton were formed with participation of Scytonema sp.. Recent biofilms are mainly dominated by Phormidium sp. in addition to diatoms. An amorphous Mg-Si phase (Mg-Si mol ratio is 1 : 1,66) stabilises the subfossil thrombolites. This phase is unknown from former publications, and reflects a lake evolution (increase of eutrophication and salinity, stagnation of thrombolite growth), which began not until 1993. All stable C- and O-isotopic data collected on fossils including subfossil microbialite samples, representing all the investigated lakes do not result in a positive covariance, which would be characteristic for evaporitic systems. Fluctuations within a stromatolite from Lake Thetis, which show a distinct lamination of Entophysalis"- and Scytonema-Phormidium"-laminae could not be directly related to seasonally variations. Evaporation, layering of meteoric surface water and fluctuations of the primary production supposably contribute to .the negative covariances found. The biomarker analyses of the subfossil Lake Thetis stromatolites show that diatoms and cyanobacteria are primary producers of organic material. The Lake Thetis basin sediment, rich in purple sulphur bacteria, contains vaccenic acid as main component, which also is inclosed in the subfossil stromatolites from the lake shore. This is the first-time vaccenic acid was detected in both a lacustrine milieu dominated by microbialite growth and in subfossile stromatolites. Seasonal independently the flora of the water body and the bioherm surfaces of both lakes is dominated by diatoms. Recent calcification processes in Lake Thetis proceed during the rainy season at surfaces colonised by Scytonema at the contact with open lake water. During the dry season the precipitation border shows relations to outer zones of Gloeocapsa-EPS. Well-defined micritic cyanobacteria-tubes, as a product of calcification induced by photosynthesis are missing. Instead calcification in Lake Thetis occurs in form of microcrystalline, fibrous aragonite at outer zones of Gloeocapsa colonies, in the periphery of Scytonema sp. and in form of re-cemented filament traces of Phormidium sp.. In case of Lake Clifton, Scytonema sp. and Phormidium sp. are recognizable in form of filament traces within the microcrystalline aragonit, and participated in the formation of the subfossil thrombolites. An amorphous Mg-Si phase stabilises the thrombolites and is interpreted as the last formation phase. For being able to evaluate the influence of photosynthesis to a shift of the carbonate equilibrium model, calculations (program PHREEQC), which simulate photosynthetical removal of carbon at an actual CO2 partial pressure, have been carried out. The mathematical model calculations show, that in Lake Clifton the influence of precipitation of CaCO3 disposed by photosynthesis was relatively low. In opposite to that the influence of the precipitation of CaCO3 in the mixed water zones was higher. The reason for the lack of micritic tubes, seen in this case, is the buffering of the lake water, due to increasing eutrophication, wich has probably led to a decimation of the communities of biofilms (especially Scytonema sp.). In the case of Lake Thetis the reasons for missing cyanobacteria tubes are probably the lower Ca2+ inflow and a higher pH buffering. The calcifications of stromatolites are probably be the result of degradation processes within the biofilm EPS. As the fossil analogue of the microbialites of Lake Thetis and Lake Clifton can be seen the greenalgal-stromatolite bioherms of the Miocene Ries crater lake. Especially the so-called "sinter crusts" of this Miocene bioherms (Nördlinger Ries, Southern Germany) resemble the "organomicrite"-crusts of Lake Thetis. Furthermore cyanobacteria were found in young Ries sediments, which are morphologically similar to Scytonema sp.. From the Ries crater lake changes from a soda"-lake via playa interstages to a "freshening stage" are known. Lake Thetis is seen as a recent equivalent to the upper part of the greenalgae-stromatolite-bioherms of in the profile "Hainsfarth". Accordingly for this phase of the Lake Ries it can be assumed a hydrochemical composition similar to that of the modern Lake Thetis. de
dc.contributor.coReferee Thiel, Volker Prof. Dr. de
dc.subject.topic Mathematics and Computer Science de
dc.subject.ger Westaustralien de
dc.subject.ger Lake Clifton de
dc.subject.ger Lake Thetis de
dc.subject.ger Salzseen de
dc.subject.ger Mikrobialithe de
dc.subject.ger Cyanobakterien de
dc.subject.ger Kalzifikation de
dc.subject.ger Karbonate de
dc.subject.ger Biomarker de
dc.subject.ger Hydrochemie de
dc.subject.ger Stabile Isotope de
dc.subject.ger rezent de
dc.subject.eng Western Australia de
dc.subject.eng Lake Clifton de
dc.subject.eng Lake Thetis de
dc.subject.eng salt lakes de
dc.subject.eng Microbialites de
dc.subject.eng cyanobacteria de
dc.subject.eng calcification de
dc.subject.eng carbonates de
dc.subject.eng biomarkers de
dc.subject.eng hydrochemistry de
dc.subject.eng stable isotopes de
dc.subject.eng recent de
dc.subject.bk 38.00 Geowissenschaften: Allgemeines de
dc.subject.bk 38.88 Regionale Geologie de
dc.subject.bk 38.89 Hydrologie: Sonstiges de
dc.subject.bk 38.32 Geochemie de
dc.identifier.urn urn:nbn:de:gbv:7-webdoc-691-7 de
dc.identifier.purl webdoc-691 de
dc.affiliation.institute Fakultät für Geowissenschaften und Geographie de
dc.subject.gokfull TM-VZ Geowissenschaften de
dc.subject.gokfull V-VE Geologie de
dc.subject.gokfull VE Regionale Geologie de
dc.identifier.ppn 579209059 de

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