Umweltbedingungen und Glaukonitgenese – Hinweise von Grünsand-Giganten der späten Kreidezeit
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die massive, geologisch sehr rasche Bildung von Glaukonit im Flachmeer war ein weit verbreitetes Phänomen in der Treibhauswelt der Kreidezeit, das nicht mit der heutigen Situation übereinstimmt, in der sich glaukonitische Minerale vorwiegend langsam in kühleren und tieferen Meeresgebieten bilden. Dieses „Glaukonit-Paradoxon“ erklärt sich aus den unterschiedlichen Klima- und Verwitterungsbedingungen der Kreidezeit im Vergleich zur Jetztzeit: heute sind die Konzentrationen von Si, Fe, Al und K im Meerwasser in der Regel zu niedrig für eine direkte Ausfällung von Glaukonit, selbst wenn der mittlere marine pH-Wert (8,1–8,3) in einem günstigen Bereich liegt. Offensichtlich liegt ihre Zufuhr von den Kontinenten in die Ozeane heute unterhalb einer kritischen Schwelle, und nur in Auftriebsgebieten von mit Elementen angereichertem Tiefenwasser werden die erforderlichen Konzentrationen erreicht, was den derzeitigen „Tief-, Kühl- und Langsam-Modus“ der Glaukonitbildung im oberen Hangund äußeren Schelfbereich begründet. Im Gegensatz dazu ist die küstennahe Glaukonitbildung während der Kreidezeit im Wesentlichen auf die hydrochemischen Eigenschaften des Flusswassers zurückzuführen, welches von den tief liegenden, chemisch tiefgründig verwitterten Kontinenten abfloss und in den Küstengewässern ein geochemisches Environment erzeugte, welches für Glaukonitbildung anfällig war. Das naheliegendste rezente Analogon zu den Flüssen der Kreidezeit findet sich in tief liegenden, warm-tropischen Gebieten mit hohen Niederschlagsraten und tiefgründiger chemischer Verwitterung, wie dem Amazonasbecken. Dieses ist durch tropische Flüsse mit niedrigem pH-Wert (≤ 7) gekennzeichnet, in denen der Fe-, Si- und Al-Gehalt erheblich erhöht sein kann, was eine stark ausgelaugte tropische Umgebung widerspiegelt, aus der die meisten löslichen Elemente schnell entfernt wurden. Die Glaukonitbildung in den Flusssystemen wird durch den niedrigen pH-Wert und die im Allgemeinen zu niedrige Kaliumkonzentration verhindert. Bei dem letztgenannten entscheidenden Element muss jedoch die Bedeutung des Pflanzenzerfalls als wichtiger Faktor für das in den Flüssen gelöste Kalium berücksichtigt werden. Auch heute kann das aus der abgestorbenen Vegetation freigesetzte Kalium wichtiger sein als die Auslaugung von K aus Silikatmineralien. Folglich dürfte dieser Prozess in der feucht-warmen Kreidezeit mit ihren zahlreichen Sümpfen, Mooren und anderen Feuchtgebieten ein wichtiger Faktor für die Verfügbarkeit von Kalium im Flusswasser gewesen sein, das schließlich in die küstennahe Zone mit ihrem für die Glaukonitgenese geeigneten pH-Wert gelangte. Darüber hinaus begünstigte der erhebliche Eintrag von (terrestrischem) organischem Material leicht reduzierende Bedingungen im Porenwasser. Diese Schlußfolgerungen stimmen mit Befunden der experimentellen Bildung von Glaukonit überein, die neben dem Vorhandensein von Fe und Al ausreichend hohe Konzentrationen von Kieselsäure und K bei Meerwassers-pH und leicht reduzierenden Bedingungen erforderte; Zeitdauer, Wassertiefe und Temperatur hatten hingegen keinen oder nur einen geringen Einfluß; die allgemein höheren Temperaturen während der späten Kreide führten aber zu einer schnelleren und vollständigeren Kristallisation. Die Ergebnisse dieses Forschungsprojekts zeigen also Grenzen des Aktualitätsprinzips auf, da die Gegenwart nicht immer der Schlüssel zur erdgeschichtlichen Vergangenheit ist.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Depositional setting and limiting factors of early Late Cretaceous glaucony formation: implications from Cenomanian glauconitic strata (Elbtal Group, Germany). Facies, 67(3).
Wilmsen, Markus & Bansal, Udita
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Intense chemical weathering of the continents: a key for widespread shallow-marine glaucony formation during the Late Cretaceous. ‒ In: John W.M. Jagt, Elena Jagt-Yazykova, Ireneusz Walaszczyk & Anna Żylińska (eds), 11th International Cretaceous Symposium, Warsaw, Poland, August 22nd – 26th: 373–374; Faculty of Geology, University of Warsaw. [Talk]
Wilmsen, M., Bansal, U. & Böning, P.
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Chemostratigraphy of the lower Danubian Cretaceous Group (Cenomanian–lower Turonian, Bavaria, SE Germany)—A new carbon isotope reference curve and inter-basinal correlation. Cretaceous Research, 149, 105568.
Metzner, Niklas; Niebuhr, Birgit; Pürner, Thomas & Wilmsen, Markus
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Enhanced chemical weathering of the continents promoted fast Late Cretaceous nearshore glaucony formation: implications from the Danubian Cretaceous Group, Germany. Journal of the Geological Society, 180(2).
Bansal, Udita; Böning, Philipp & Wilmsen, Markus
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Integrated stratigraphy of the lower Danubian Cretaceous Group (lower Upper Cretaceous, southern Germany). – GeoBerlin2023, Abstracts
Metzner, N., Niebuhr, B., Pürner, T. & Wilmsen, M.
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Neue Erkenntnisse zur Glaukonitbildung oder: Ist die Gegenwart immer der Schlüssel für die erdgeschichtliche Vergangenheit? – 253. Dresdner Geowissenschaftliches Kolloquium, 18.04.2023; Dresden
Wilmsen, M.
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Geochemical and depositional environment of an Upper Cretaceous greensand giant (Münsterland Cretaceous Basin, Germany). Chemical Geology, 661, 122168.
Wilmsen, Markus; Bansal, Udita; Metzner, Niklas & Böning, Philipp
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Glaucony formation during warm phases of Earth history: new insight from Upper Cretaceous greensand giants. – GeoSaxonia2024, Abstracts. [Talk]
Wilmsen, M., Metzner, N., Bansal, U. & Böning, P.
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Greensand formation, siliceous earth deposition and coastal metal drawdown in the Danubian Cretaceous Basin (Bavaria, Germany). Marine and Petroleum Geology, 170, 107067.
Metzner, Niklas; Wilmsen, Markus & Böning, Philipp
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Greensands and the unique Neuburger Siliceous Earth: Late Cretaceous continent–shelf interactions in the Danubian Cretaceous Basin (Bavaria, SE-Germany) revealed. – 3rd Early Career Sedimentologists Meeting (ECSM), 08.–09.06.2024; Darmstadt. [Talk]
Metzner, N., Wilmsen, M. & Böning, P.
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Greensands and the unique Neuburger Siliceous Earth: Late Cretaceous continent–shelf interactions in the Danubian Cretaceous Basin revealed (Bavaria, SE-Germany). – GeoSaxonia2024, Abstracts. [Talk]
Metzner, N., Wilmsen, M. & Böning, P.
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Integrated stratigraphy and facies development of the lower Danubian Cretaceous Group (Bavaria, SE-Germany): dissecting Cenomanian–middle Turonian onlap patterns onto the Bohemian Massif. Zeitschrift der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften, 176(1), 67-94.
Metzner, Niklas; Niebuhr, Birgit; Pürner, Thomas; Švábenická, Lilian & Wilmsen, Markus
