Biogene Sedimente stammen aus den Überresten lebender Organismen, die sich beim Absterben der Organismen als Sediment absetzen. Es sind die „harten Teile“ der Organismen, die zu den Sedimenten beitragen; Dinge wie Muscheln, Zähne oder Skelettelemente, da diese Teile normalerweise mineralisiert sind und widerstandsfähiger gegen Zersetzung sind als die fleischigen „weichen Teile“, die sich nach dem Tod schnell verschlechtern.

Makroskopische Sedimente enthalten große Überreste wie Skelette, Zähne oder Schalen größerer Organismen., Diese Art von Sediment ist über den größten Teil des Ozeans ziemlich selten, da große Organismen nicht in genug konzentrierter Fülle sterben, damit sich diese Überreste ansammeln können. Eine Ausnahme bilden Korallenriffe; Hier gibt es eine große Fülle von Organismen, die ihre Überreste zurücklassen, insbesondere die Fragmente der Steinskelette von Korallen, die einen großen Prozentsatz tropischen Sandes ausmachen.

Mikroskopisches Sediment besteht aus den harten Teilen mikroskopisch kleiner Organismen, insbesondere deren Schalen oder Tests., Obwohl sehr klein, sind diese Organismen sehr reichlich vorhanden und da sie jeden Tag Milliarden sterben, sinken ihre Tests auf den Boden, um biogene Sedimente zu erzeugen. Sedimente, die aus mikroskopischen Tests bestehen, sind weitaus häufiger als Sedimente aus makroskopischen Partikeln und bilden aufgrund ihrer geringen Größe feinkörnige, matschige Sedimentschichten. Wenn die Sedimentschicht aus mindestens 30% mikroskopisch kleinem biogenem Material besteht, wird sie als biogenes Sickerwasser klassifiziert. Der Rest des Sediments besteht oft aus Ton.,

Die primären Quellen für mikroskopisch kleine biogene Sedimente sind einzellige Algen und Protozoen (einzellige amöbenähnliche Kreaturen), die entweder Calciumcarbonat (CaCO3) oder Siliciumdioxid (SiO2) absondern. Kieselsäuretests stammen aus zwei Hauptgruppen, den Kieselalgen (Algen) und den Radiolaren (Protozoen) (Abbildung 12.3.1).

Kieselalgen sind wichtige Mitglieder des Phytoplanktons, der kleinen, treibenden Algen-Photosynthesizer. Eine Kieselalge besteht aus einer einzigen Algenzelle, die von einer aufwändigen Kieselsäurehülle umgeben ist, die sie für sich selbst absondert., Kieselalgen gibt es in verschiedenen Formen, von länglichen Pennatformen bis hin zu runden oder zentrischen Formen, die oft zwei Hälften haben, wie eine Petrischale (Abbildung 12.3.1 links). In Gebieten, in denen Kieselalgen reichlich vorhanden sind, ist das darunter liegende Sediment reich an Kieselsäure-Kieselalgen und wird Kieselalgen genannt (siehe Kasten unten).

Was nützen Diatomeen?

Kieselalgen sind ein lebenswichtiges Stück des globalen Ökosystems für ihre Rolle in der ozeanischen Primärproduktion und die Schaffung eines großen Teils des Sauerstoffs, den Organismen atmen. Aber auch für viele industrielle und landwirtschaftliche Anwendungen sind Kieselalgen wichtig., Wegen der sehr feinen Korngröße und der gitterartigen Struktur der Kieselalgen wurde Kieselgur als Filtermittel in Dingen wie Schwimmbadfiltern und Bierbrauen verwendet. Die mikroskopischen Tests wurden als Schleifmittel zu Zahnpasta, Gesichtsreinigern und Haushaltsreinigern hinzugefügt. Alfred Nobel verwendete Kieselgur, um Nitroglycerin bei der Herstellung von Dynamit zu stabilisieren. Kieselgur zeigt auch Insektizideigenschaften, indem sie die Austrocknung bei Insekten stimuliert., Es wird zu diesem Zweck in der Landwirtschaft sowie für den Hausgebrauch zur Bekämpfung von Ameisen, Kakerlaken und Wanzen vermarktet. Die Kieselgur „Food Grade“ ist ebenfalls auf den Markt gekommen, wobei Befürworter eine Reihe von gesundheitlichen Vorteilen ankündigen, die sich aus ihrem Verzehr ergeben. Das ist ein ziemlich beeindruckendes Einsatzspektrum von einer mikroskopischen Alge!

Radiolarier sind planktonische Protozoen (die sie zu einem Teil des Zooplanktons machen), die wie Kieselalgen einen Kieselsäuretest absondern., Der Test umgibt die Zelle und kann eine Reihe kleiner Öffnungen umfassen, durch die der Radiolar einen amöbenartigen „Arm“ oder Pseudopoden verlängern kann (Abbildung 12.3.1 rechts). Radiolarische Tests zeigen oft eine Reihe von Strahlen, die aus ihren Schalen herausragen und den Auftrieb unterstützen. Sickern, die von Kieselalgen-oder Radiolarientests dominiert werden, werden silikatöse Sickern genannt.

Wie die silikatischen Sedimente werden auch das Calciumcarbonat oder kalkhaltige Sedimente aus den Tests mikroskopischer Algen und Protozoen hergestellt; in diesem Fall die Coccolithophoren und Foraminiferane., Coccolithophoren sind einzellige planktonische Algen, die etwa 100 mal kleiner sind als Kieselalgen. Ihre Tests bestehen aus einer Reihe ineinandergreifender CaCO3-Platten (Coccolithen), die eine die Zelle umgebende Kugel bilden (Abbildung 12.3.2 links). Wenn Coccolithophoren sterben, sinken die einzelnen Platten aus und bilden einen Ruck. Im Laufe der Zeit verstärkt sich der Coccolithophor-Ausfluss zu Kalk. Die berühmten Weißen Klippen von Dover in England bestehen aus Coccolithophor-reichem Schlamm, der sich in Kreideablagerungen verwandelte (Abbildung 12.3.2 rechts).,

Foraminiferane (auch als „Forams“ bezeichnet) sind Protozoen, deren Tests oft gekammert sind, ähnlich wie die Schneckenschalen. Wenn der Organismus wächst, sekretiert er neue, größere Kammern, in denen er sich aufhalten kann. Die meisten Foraminiferane sind benthisch und leben auf oder im Sediment, aber es gibt einige planktonische Arten, die höher in der Wassersäule leben. Wenn Coccolithophoren und Foraminiferane absterben, bilden sie kalkhaltige Sickerstellen.,

Ältere kalkhaltige Sedimentschichten enthalten die Überreste einer anderen Art von Organismus, der Discoasters; einzellige Algen im Zusammenhang mit den Coccolithophoren, die auch Calciumcarbonat-Tests produzierten. Discoaster-Tests waren sternförmig und erreichten Größen von 5-40 µm (Abbildung 13.3.4). Discoaster sind vor ungefähr 2 Millionen Jahren ausgestorben, aber ihre Tests bleiben in tiefen, tropischen Sedimenten, die vor ihrem Aussterben liegen.

Bild 12.3.4 Discoaster-tests. Links: Discoster-Tests mit verschiedenen Coccolithen., Oben rechts Discoaster surculus; Mitte rechts: Discoaster pentaradiatus; unten rechts: Discoaster surculus (Alle Bilder von Hannes Grobe (Eigene Arbeit) , via Wikimedia Commons).

Aufgrund ihrer geringen Größe sinken diese Tests sehr langsam; Ein einzelner mikroskopischer Test kann etwa 10-50 Jahre dauern, um auf den Boden zu sinken! Angesichts dieses langsamen Abstiegs könnte eine Strömung von nur 1 cm/s den Test bis zu 15.000 km von seinem Ausgangspunkt entfernt durchführen, bevor er den Boden erreicht., Trotzdem stellen wir fest, dass die Sedimente an einem bestimmten Ort gut auf die Arten von Organismen und den Grad der Produktivität im Wasser oben abgestimmt sind. Dies bedeutet, dass die Sedimentpartikel viel schneller auf den Boden sinken müssen, damit sie sich unter ihrem Ursprungspunkt ansammeln, bevor die Ströme sie zerstreuen können. Was ist der Mechanismus für diese erhöhte Sinkrate?, Anscheinend sinken die meisten Tests nicht als einzelne Partikel; etwa 99% von ihnen werden zuerst von einem anderen Organismus verbraucht und dann aggregiert und als große Fäkalpellets ausgestoßen, die viel schneller sinken und in nur 10-15 Tagen den Meeresboden erreichen. Dies gibt den Partikeln nicht so viel Zeit, sich zu dispergieren, und das darunter liegende Sediment spiegelt die Produktion in der Nähe der Oberfläche wider. Die erhöhte Rate des Sinkens durch diesen Mechanismus wird als „fäkal“ bezeichnet.,“

Wie in der Einleitung zu diesem Kapitel beschrieben, ermöglicht uns die Untersuchung mariner Sedimente, viel über ozeanographische und atmosphärische Prozesse in der Vergangenheit und Gegenwart zu lernen. Biogene Sedimente sind keine Ausnahme, und sie können es uns ermöglichen, vergangene Klimageschichte aus Sauerstoffisotopenverhältnissen zu rekonstruieren.

Sauerstoffatome existieren in Ozeanwasser in drei Formen oder Isotopen: O16, O17 und O18 (die Zahl bezieht sich auf die Atommassen der Isotope). O16 ist die häufigste Form, gefolgt von O18 (O17 ist selten)., O16 ist leichter als O18, verdampft also leichter und führt zu Wasserdampf mit einem höheren Anteil an O16. In Zeiten kühleren Klimas kondensiert Wasserdampf zu Regen und Schnee, wodurch Eis mit hohem O16-Anteil entsteht. Das verbleibende Meerwasser weist daher einen relativ höheren O18-Anteil auf. Meeresorganismen, die gelösten Sauerstoff als Calciumcarbonat in ihre Schalen integrieren, haben daher Schalen mit einem höheren Anteil an O18-Isotopen. Mit anderen Worten, das Verhältnis von O16: O18 in Schalen wird in Zeiten kälteren Klimas niedrig sein.,

Wenn sich das Klima erwärmt, schmilzt Gletschereis, setzt O16 aus dem Eis frei und bringt es in die Ozeane zurück, wodurch das O16:O18-Verhältnis im Wasser erhöht wird. Wenn Organismen nun Sauerstoff in ihre Schalen integrieren, enthalten die Schalen ein höheres O16:O18-Verhältnis. Wissenschaftler können daher biogene Sedimente untersuchen, die O16:O18-Verhältnisse für Proben bekannten Alters berechnen und aus diesen Verhältnissen die Klimabedingungen ableiten, unter denen diese Schalen gebildet wurden., Die gleichen Arten von Messungen können auch von Eiskernen genommen werden; Eine Abnahme von 1 ppm O18 zwischen Eisproben stellt eine Temperaturabnahme von 1,5 Oc dar.

Sediment, das aus den Überresten von Organismen (12.3)

die schalenartigen harten Teile (entweder Kieselsäure oder Carbonat) kleiner Organismen wie Radiolarier und Foraminifera (12.3)

ein Sediment, das aus von >30% biogenes Material (12.3)

Sedimentpartikel mit einem Durchmesser von weniger als 1/256 mm (12.,1)

photosynthetische Algen, die ihre Tests (Schalen) aus Kieselsäure (7.2)

mikroskopisch (0.1 bis 0.2 mm) marine Protozoen, die Kieselsäure-Schalen (12.3)

driften, in der Regel einzellige Algen, die Photosynthese (7.1)

die Produktion von organischen Verbindungen aus Kohlendioxid und Wasser, unter Verwendung von Sonnenlicht als energiequelle (5.5)

pulverförmiges Sediment bestehend aus Kieselsäure-Kieselsäure-Tests (12.3)

kleine, treibende fleischfressende Organismen (7.,1)

Sediment, das von Kieselsäureteilchen dominiert wird, oft aus den Schalen mariner Organismen (7.2)

Sedimente, die aus Calciumcarbonat bestehen, oft aus den Schalen mariner Organismen (12.3)

photosynthetische Algen, die ihren Test (Schale) aus Calciumcarbonat (7.2)

die Umwandlung unkonsolidierter Sedimente in Gestein durch verdichtung und Zementierung (12.1)

Ein einzelliger Protist mit einer Schale, die typischerweise aus Calciumcarbonat besteht (12.3)

bezieht sich auf die Umgebung des Meeresbodens (1.,3)

ein Organismus, der nicht effektiv schwimmen kann, so driftet er mit den Strömungen (7.1)

eine ausgestorbene Form von einzelligen Algen, die kalkhaltige Tests hervorbrachten, die immer noch in einigen marinen Sedimenten zu finden sind (12.3)

Formen desselben Elements, die dieselbe Anzahl von Protonen enthalten, aber unterschiedliche Anzahl von Neutronen in ihren Kernen

teile pro Million

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