The role of ocean crust low temperature alteration carbonates in the global calcium cycle

• Antragsteller: Professor Dr. Anton Eisenhauer
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie
• Förderung: Förderung von 2007 bis 2011
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 49004711

• Erstellungsjahr: 2009

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Ausfällungen von Calciumcarbonat (Aragonit, Calcit), die sich in Basalten der Ozeankruste bilden, repräsentieren eine wichtige Komponente im marinen Calcium-Kreislauf. Calciumcarbonate bilden sich vor allem während der Niedrigtemperatur-Alteration (low temperature alteration, LTA) von Basalten im Kontakt mit Meerwasser. Wir untersuchten die Isotopenzusammensetzung (δ44/40Ca) derartiger Carbonatmineralien in Proben aus DSDP- und ODP-Bohrkernen aus dem Atlantik und Pazifik. Zusätzlich wurden Strontiumisotope (87Sr/86Sr), Sauerstoffisotope (δ18O), Kohlenstoffisotope (δ13C) und Elementkonzentrationen von Mg und Sr gemessen, um Informationen über die Bildungsbedingungen (z.B. Temperatur, Quellen des Calciums und Kohlenstoffes) zu gewinnen. In der Mehrzahl der untersuchten Bohrlokalitäten ist Meerwasser ist die wichtigste Calcium- und Carbonat-Quelle. Die Calciumisotopenwerte haben eine große Variationsbreite von -0.7 bis +1.8 ‰ (NIST SRM915a). Der wichtigste Kontrollfaktor des δ44/40Ca ist die Mineralogie. Aragonit ist ungefähr 1.5 ‰ leichter als Calcit. Zusätzlich wird die Variabilität durch den Anteil von leichtem Calcium aus der Basalt-Alteration relativ zum schweren Meerwasser-Calcium gesteuert. Dieser Prozess kann 1 ‰ an zusätzlicher Variation erzeugen. Ein dritter bedeutender Kontrollfaktor ist die Präzipitationsrate. Dieser Effekt ist durch eine negative Korrelation der Sr/Ca-Verhältnisse mit δ44/40Ca charakterisiert. Er tritt nur bei den Calciten in Erscheinung. Da das Porenfluid-Milieu in der basaltischen Kruste durch seine eingeschränkte Alkalinitätszufuhr langsame Präzipitation von Carbonatmineralien bedingt, sind die Fällungsraten meist niedrig genug, um ein Quasi-Equilibrium der Calciumisotopen-Fraktionierung zu erlauben. Dies erklärt die generell hohen δ44/40Ca-Werte der Calcite. Andererseits repräsentiert die Isotopendifferenz zwischen Aragonit und Calcit wahrscheinlich die Equilibriumsfraktionierung zwischen den beiden Ploymorphen. Diese ist deutlich größer, als bisher angenommen. Die durchschnittle Isotopenzusammensetzung der LTA-Carbonate ist 1.6 ‰. Dies ist ein deutlich höherer Wert als das durchschnittliche 44/40Ca von biogenen Carbonatsedimenten von ca. 0.6 ‰. Der Export dieses isotopisch schweren Calciums aus dem Meerwasserpool senkt das Ozean-δ44/40Ca. Die Zunahme der biogenen, pelagischen Carbonatsedimentation während dem Spätmesozoikum und dem Känozoikum dürfte die (kombiniert LTA-biogenen) Isotopenverhältnisse der Tiefsee-Calciumsenke zu leichteren Werten verschoben haben. Diese leichte tiefmarine Calciumsenke könnte den beobachteten, frühmesozisch-neogenen Langzeittrend zu schweren Ozean-δ44/40Ca-Werten erklären.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• 18th V.M. Goldschmidt Conference, 2008, Vancouver: Low temperature alteration carbonates in the ocean crust and their importance for CO2 uptake and the global Ca cycle. Geochim. Cosmochim. Acta, 72/12 Suppl.1, A93
  Böhm F., Rausch S., Eisenhauer A., Bach W., Klügel A.
  
• IODP-ICDP Kolloquium 2008, Hannover: Low temperature alteration carbonates in the ocean crust and their importance for CO2 uptake and the global Ca cycle
  Böhm F., Rausch S., Eisenhauer A., Bach W., Klügel A.
  
• 19th V.M. Goldschmidt Conference, 2009, Davos: Calcium isotope systematics of low temperature alteration carbonates in the ocean crust. Geochim. Cosmochim. Acta, 73/13 Suppl.1, A133
  Böhm F., Eisenhauer A., Rausch S., Bach W., Klügel A.
  
• 19th V.M. Goldschmidt Conference, 2009, Davos: Carbonate veins as recorder of seawater-crust interaction. Geochim. Cosmochim. Acta, 73/13 Suppl.1, A1075
  Rausch S., Klügel A., Böhm F., Bach W.
  
• GV Annual Meeting 2009, Göttingen: Calcium and strontium isotopes in low temperature alteration carbonates of the ocean crust. Abstracts GV Annual Meeting 2009, p 18, Göttingen
  Böhm F., Eisenhauer A., Rausch S., Bach W., Klügel A.
  
• IODP-ICDP Kolloquium 2009, Potsdam: Calcium isotope systematics of low temperature alteration carbonates in the ocean crust
  Böhm F., Eisenhauer A., Rausch S., Bach W., Klügel A.
  
• IODP-ICDP Kolloquium 2009, Potsdam: Timing and magnitude of CO2 uptake by the ocean crust through seawater interaction and carbonate veining
  Rausch S., Böhm F., Klügel A., Bach W.