cover

Jörg Elbracht:

Karbonatische Zementation pleistozäner Lockersedimente Nordwest-Deutschlands

[Carbonate cementation of unconsolidated Pleistocene sediments in northwest Germany]

2010. 225 Seiten, 83 Abbildungen, 10 Tabellen, 7 Tafeln, 21x30cm, 870 g
Language: Deutsch

(Sonderhefte Reihe A - Geol. Jahrb., Sonderheft A 2)

ISBN 978-3-510-95961-7, brosch., price: 39.80 €

in stock and ready to ship

Order form

BibTeX file

Keywords

sediment calcareous cement eemian germany pleistocene

Contents

Inhaltsbeschreibung top ↑

Karbonatische Zementation pleistozäner Locker Sedimente ist in Nordwest-Deutschland weit verbreitet. In 17 untersuchten Aufschlüssen besteht der Zement aus Niedrig-Mg-Kalzit. Der Stoff für die Zementbildung stammt hauptsächlich aus kaltzeitlich transportierten Sedimenten. In diesen ist karbonatischer Detritus besonders lösungsanfällig, da er saubere, meist nicht durch z. B. Fe-Hydroxide oder Biofilme verunreinigte Oberflächen hat und zudem oft fein zerrieben in der Matrix feinkörniger Sedimente (z. B. Grundmoräne) vorkommt. Nur bei einem Aufschluss deuten die Untersuchungsergebnisse darauf hin, dass Grundwasser aus mesozoischen Kalksteinschichten an der Bildung karbonatischer Zementationskörper beteiligt ist.

Die untersuchten Zementationskörper bildeten sich überwiegend mehrphasig. Die Zementation begann häufig im wasserungesättigten Milieu (vados). Der dabei entstandene Zement ist in den Zementationskörpern zwar quantitativ unbedeutend. Allerdings zeichnete er zum einen häufig die Form der Zementationskörper vor und diente zum anderen den folgenden Zementationsphasen im wassergesättigten Milieu (phreatisch) als Kristallisationskeim. Die Form karbonatisch zementierter Bereiche wird oft durch das Strömungsverhalten von Sicker- und Grundwasser bestimmt, wobei sich nicht nur Strömungsrichtung und -geschwindigkeit, sondern auch die Strömungsart (laminar, turbulent) auswirken können. Während die Zementation im gering wasserdurchlässigen Sediment überwiegend substratgesteuert ist, geben Zementationskörper im gut wasserdurchlässigen Material Hinweise auf die paläohydrogeologische Situation. Dadurch konnten z. B. schwebende Grundwasser-Stockwerke und teilweise wassergesättigte Bereiche innerhalb der vadosen Zone identifiziert werden. Außerdem fanden sich Hinweise auf Kalzitzementation unter kaltzeitlichen Bedingungen. Dabei fand Zementation wahrscheinlich sowohl unterhalb als auch im unmittelbaren Vorfeld des Inlandeises sowie unter periglazialen Bedingungen im diskontinuierlichen Permafrost statt. Klimatische Einflüsse und die damit verbundene Änderung der Grundwasser-Neubildung sind die einzigen überregionalen Steuerungsfaktoren karbonatischer Zementation pleistozäner Lockersedimente Nordwest-Deutschlands.

Die Zementationskörper kommen überwiegend in Elster- bis Saale-zeitlich entstandenen Sedimenten vor. Hinweise auf das Alter der Zementation ergaben sich meist nur im Zusammenhang mit der lokalen geologischen und paläohydrogeologischen Entwicklung. Die Befunde deuten darauf hin, dass sich der überwiegende Teil des Zementes während der Eem-Warmzeit bildete. Kaltzeitliche Zementation während der Saale- und der Weichsel-Kaltzeit hat nur einen geringen Anteil an den Zementationskörpern.

Synopsis top ↑

Pleistocene sediments of northwest Germany often feature calcareous cements. In 17 outcrops investigated in this study, the cement is characterised by low-Mg calcite. The main source of the substances forming the cement is material transported by the ice sheet during the Pleistocene. The calcareous detritus in these glacial sediments is easily dissolved owing to freshly exposed surfaces and abundant fine particles (e.g. in tills). In only one outcrop the calcareous cement can be attributed to groundwater transport from the underlying Mesozoic limestone.

Most of the sediments were cemented in several stages. The cementation often began in the vadose zone. Although not important in terms of quantity, this vadose cement often controlled the shape of cementation bodies and acted as a nuclei for the subsequent cementation in the phreatic zone. The shape of the cemented bodies was often determined by the flow regime of the water not only flow direction and velocity but also the type of flow (e.g. laminar or turbulent). Whereas cementation in low permeability sediments is controlled by the properties of the parent material, in highly permeable sediments it often reflects the paleo-flow regime and groundwater level, making it possible to identify, for example, areas of formerly perched groundwater. There were also indications that cementation occurred below and in front of the Scandinavian ice sheet as well as in an area of discontinuous permafrost. Climate changes and the related changes in groundwater recharge were the only factors observed on a regional scale Controlling the calcareous cementation of Pleistocene sediments in northwest Germany.

The cemented sediments were almost all found within Elsterian to Saalian deposits. The time of cementation was indicated only by the local geology and paleo-hydrogeology. The results of this study show that most of the cementation occurred during the Eemian interglacial. Only a small amount of the cementation bodies were caused by glacial cementation during the Saalian and the Weichselian cold stage.

Inhaltsverzeichnis top ↑

1 Einleitung und Aufgabenstellung 9
1.1 Einleitung 9
1.2 Aufgabenstellung 9
1.3 Nordwest-Deutschland während des Quartärs - ein Überblick 11
2 Methodik 12
2.1 Probenentnahme/Geländearbeiten 12
2.2 Folienabzüge („peels") und Dünnschliffe 12
2.3 Korngrößenbestimmung 12
2.4 Durchlässigkeitsbestimmung 13
2.5 Bestimmung Gesamtkarbonatgehalt 13
2.6 Röntgendiffraktometrie 13
2.7 Mikroskopie 14
2.7.1 Karbonatanfärbung 14
2.7.2 Polarisations- und Fluoreszenzmikroskopie 14
2.7.3 Kathodolumineszenzmikroskopie 14
2.7.4 Rasterelektronenmikroskopie (REM) mit energiedispersiver Röntgenanalyse (EDX)14
2.7.5 Elektronenstrahl-Mikrosonde (EMS)
mit wellendispersiver Röntgenalalyse (WDS) 15
3 Karbonatzementation pleistozäner Lockersedimente Nordwest-Deutschlands 17
3.1 Verbreitung 17
3.1.1 Dokumentationsstand 17
3.1.2 Verbreitung karbonatischer Zementation 17
4 Zementationskörper 23
4.1 Typbeschreibung und Typdefinition 23
4.1.1 Konkretionen 25
4.1.2 Massenzementationskörper 26
4.2 Zementationskörper in pleistozänen Lockersedimenten Nordwest-Deutschlands 27
4.2.1 Konkretionen 27
4.2.1.1 Kugelige Konkretionen 27
4.2.1.2 Diskusförmige Konkretionen 27
4.2.1.3 Zapfen 29
4.2.1.4 Flache Zapfen 30
4.2.1.5 Stratiforme Zementationskörper 30
4.2.2 Massenzementationskörper 31
Karbonatzement 33
5.1 Karbonatzement: Grundlagen und Aspekte 33
5.1.1 Meteorisch-vadoser Zement 33
5.1.2 Meteorisch-phreatischer Zement 36
5.1.3 Kathodolumineszenzverhalten 38
5.1.4 Pseudomatrix 38
5.2 Karbonatzement in pleistozänen Lockersedimenten Nordwest-Deutschlands 39
5.2.1 Mikrit 39
5.2.2 Mikrosparit40
5.2.3 Blockkalzit 40
5.2.4 Blattförmiger Zement 41
5.2.5 Syntaxiale Anwachssäume 41
5.2.6 Poikilotopischer Zement 42
5.2.7 Meniskus-und Gravitationszement 43
5.2.8 Dachzement 44
5.2.9 Zementgeochemie 46
5.2.10 Kathodolumineszenzverhalten 47
5.2.11 Pseudomatrix 48
5.3 Zementgenerationen in den untersuchten Aufschlüssen 48
6 Diagenesemilieus 63
6.1 Einleitung 63
6.2 Grundlagen und Aspekte 64
6.2.1 Bildungsbedingungen von Konkretionen 66
6.2.2 Bildungsbedingungen von Massenzementationskörpern 67
6.3 Diagenesemilieus 67
6.3.1 Zementationskeime 67
6.3.2 Karbonatquellen 68
6.3.3 Zementation bindiger Sedimente 69
6.3.4 Selbstorganisationsprozesse 72
6.3.5 Bildung hängender Zapfen 73
6.3.6 Grundwasser Strömung 74
6.3.7 Das Talrand-Modell 75
6.3.8 Das Kapillarsperren-Modell 76
6.3.9 Pseudo-phraetische Zementation 79
6.3.10 Mechanische Beanspruchung kalzitisch zementierter Partien 81
6.3.11 Zementation unter warmzeitlichen Bedingungen 82
6.3.12 Zementation unter kaltzeitlichen Bedingungen 83
6.3.13 Wiederanlösung von Zementationskörpern 91
6.3.14 Anlösung von siliziklastischem Detrius 94
6.4 Zementationsphasen der untersuchten Aufschlüsse 95
6.4.1 Aufschluss Derstorf: Zementationsphasen 95
6.4.2 Aufschluss Hittfeld: Zementationsphasen 95
6.4.3 Aufschluss Breetze: Zementationsphasen 96
6.5 Zement 98
6.5.1 Aufschluss Holzen: Zementationsphasen 100
6.5.2 Aufschluss Volkstorf: Zementationsphasen 101
6.5.3 Aufschluss Krankenhagen: Zementationsphasen 105
6.5.4 Aufschluss Rumbeck: Zementationsphasen 106
6.5.5 Aufschluss Heipensen: Zementationsphasen 106
6.5.6 Aufschluss Bad Münder/Hachmühlen: Zementationsphasen 110
6.5.7 Aufschluss Coppenbrügge: Zementationsphasen 110
6.5.8 Aufschluss Eime: Zementationsphasen 114
6.5.9 Aufschluss Banteln: Zementationsphasen 115
6.5.10 Aufschluss Betheln: Zementationsphasen 115
6.5.11 Aufschluss Freden: Zementationsphasen 116
6.5.12 Aufschluss Engelade: Zementationsphasen 130
6.5.13 Aufschluss Bornhausen: Zementationsphasen 130
6.5.14 Aufschluss Odishausen: Zementationsphasen 134
Bildungszeiten 135
7.1 Bildungszeiten der untersuchten Aufschlüsse 135
7.2 Karbonatzementation während des Quartärs 138
7.2.1 Holstein-Warmzeit 138
7.2.2 Saale-Kaltzeit 138
7.2.3 Eem-Warmzeit 139
7.2.4 Weichsel-Kaltzeit 139
7.2.5 Holozän 139
8 Karbonatzementation pleistozäner Lockersedimente Nordwest-Deutschlands - zusammenfassende Diskussion 140
9 Literaturverzeichnis/Topographische Karten 144
9.1 Literaturverzeichnis 144
9.2 Topographische Karten 158
Fototafeln 1 bis 7 161
Anhang
Anhang 1: Verwendete Abkürzungen/Legende zu den verwendeten Signaturen 179
Anhang 2: Untersuchte Aufschlüsse 181