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Main Title: DIE KLIMA- UND UMWELTGESCHICHTE DER SÜDCHINESISCHEN YANGTZE PLATTFORM IM NEOPROTEROZOIKUM UND FRÜHEN KAMBRIUM:HYDROTHERMAL AKTIVE, DICHTESTRATIFIZIERTE EPIKONTINENTALBECKEN, DER SCHLÜSSEL ZUM VERSTÄNDNIS DER „KAMBRISCHEN EXPLOSION“?
Translated Title: THE CLIMATIC AND ENVIRONMENTAL HISTORY OF THE SOUTH CHINESE YANGTZE PLATFORM DURING THE NEOPROTEROZOIC AND EARLY CAMBRIAN:HYDROTHERMALLY ACTIVE AND SALINITY STRATIFIED EPICONTINENTAL BASINS A KEY FOR UNDERSTANDING THE „CAMBRIAN EXPLOSION“?
Author(s): Wallis, Eckart
Advisor(s): Erdtmann, Bernd-Dietrich
Granting Institution: Technische Universität Berlin, ehemalige Fakultät VI - Bauingenieurwesen und Angewandte Geowissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Die vorliegende Arbeit liefert neue Daten zur geologischen Entwicklung der südchinesischen Yangtze Plattform vom Neoproterozoikum III (=NP) bis in das frühe Kambrium. Während des betrachteten Zeitfensters bildete die Yangtze Plattform ein äquatornahes Fragment am NW-Rand Gondwanas. Etwa vor 1 Mrd. J. entwickelte sich der Jinagnan Inselbogen am heutigen Südrand des Yangtze Blocks. Provenanzanalysen der postglazialen Sedimente weisen auf kontinentale Liefergebiete hin. Karbonate und Siliziklastika dominieren die vier Member der folgenden Doushantuo Formation. Erstmalig nach dem Glazial treten Phosphate und spurenelementreiche Schwarzschiefer auf. Die geochemischen Daten (z.B. SEE, C, S) liefern Hinweise auf nicht vollmarine Bedingungen nach dem Glazial. Extreme Schwefelgehalte, das Auftreten von vererzten Bakterien, Brekzierung und Entgasungsstrukturen in den Cap Carbonates (Member 1) liefern Indizien für bakterielle Methanoxidation und Metanhydratdestabilisierung. Im Zuge des postglazialen Meeresspiegelanstiegs entwickelt sich eine erste Dichtestratifizierung in der geringsalinaren Wassersäule. Sedimentationslücken im Gebiet des Jiangnan Gürtels bestätigen den anhaltend geschützten Charakter des Beckens während des NP III. Im Folgenden wird die Plattform immer wieder von Transgressionen erfaßt, die organisch- und spurenelementreiche Sedimente mit deutlich negativen delta13C-Exkursionen zurücklassen. Zwei negative neoproterozoische Isotopenshifts konnten eindeutig für Südchina nachgewiesen werden und sind auch aus anderen Gebieten bekannt. In diesen transgressiven Einheiten treten Massenlagen der Schwefelbakterie Vendotaenia auf und spiegeln die Ausweitung sauerstoffreduzierter Bedingungen auf die Plattform wider. Die Verteilung der SEE entspricht den rezenten Befunden aus dem Schwarzen Meer uns spricht für eine ausgeprägte Stratifizierung des ehemaligen Wasserkörpers. Der globale Charakter der Isotopenexkursionen macht einen Zusammenhang mit Meeresspiegelschwankungen niedriger Ordnung wahrscheinlich. Episodisches Vordringen von nährstoff- und spurenelementreichem Tiefenwasser mit sehr leichten Kohlenstoffisotopenverhältnissen in einem stagnierenden Becken liefert eine Erklärung. Evaporite und Karststrukturen im Bereich der oberen Dengying Formation bezeugen eine Erwärmung gegen Ende des NP. Hypersalinare Bedingungen auf der Plattform verstärken die Dichtestratifizierung des Wasserkörpers weiter. Dadurch bilden sich Sulfatminimumzonen an den Dichtesprungschichten in der Wassersäule. Diese Hypothese wird von Schwefelisotopendaten aus der Beckenfazies gestützt, deren Werte nahe dem des koexistierenden Meerwassersulfats liegen. Im basalen Kambrium kommt es zu drastischen Veränderungen der Ablagerungsbedingungen. Am ehemals exponierten und verkarsteten Plattformrand werden nun Phosphate abgelagert. Hartgründe, Kondensation, Aufarbeitung, Transgressionsbrekzien, ungewöhnliche Elementanreicherungen und die "Vermischung" von Fossilzonen bezeugen die einsetzende Transgression im Untersuchungsgebiet. Insbesondere während dem Nemakit-Daldynium weist die Kohlenstoffisotopenverteilung kurzfristige Fluktuationen auf. Tektono-magmatische Aktivität ist durch Metabentonite, Pyroklastika und durch hohe Konzentrationen von inkompatiblen Elementen belegt. In diesem Kontext kommt es zur Reaktivierung ehemaliger Störungssysteme entlang des Plattformrandes und zur Bildung von stratiformen Ni-Mo-Sulfiden im untersten Tommot. Einige sedimentologische Hinweise deuten auf eine Beteiligung von Basinal Brines bei der Genese der Vererzung hin. Zusätzlich dürften extrem verringerte Sedimentationsraten im Bereich der Redoxgrenze entscheidend für die Genese der Sulfidlage gewesen sein. Massenlagen von Metazoenresten treten in unmittelbarer Nähe der Vererzungen auf und lassen auf eine Nährstoffkopplung, z.B. über Schwefelbakterien, der auftretenden Fossilassoziationen schließen. Subsidenz im Jiangnan Gebiet führte zur Ablagerung von mächtigen Schwarzschiefern. Gegen Ende der Transgression kommt es zu entscheidenden Veränderungen in der sedimentären Überlieferung. Leichte delta34S-Werte in den Beckensedimenten deuten auf eine Abschwächung der Sulfatminimumzonen hin. Erstmals sinkende DeltaTOC-Werte weisen auf signifikante Veränderungen des organischen Kohlenstoffkreislaufs hin. Diese Veränderungen korrelieren mit dem Auftreten von Koprolithen an der Tommot/Atdaban Grenze und spiegeln eine sukzessive Umstellung der frühen Metazoen zu photoautotrophen Nahrungsketten wider.
This thesis presents new data on the geological development of the South Chinese Yangtze platform concerning the Neoproterozoic III (=NP) to the Early Cambrian. During this time the Yangtze block formed an equatorial fragment along the NW-margin of Gondwana. The evolution of an active continental margin about 1 Ga ago was accompanied by the formation of the continental Jinagnan island-arc along the present southern margin of the Yangtze platform. Provenance investigations carried out clearly point at continental sources. Carbonates and siliciclastics dominate the following four members of the Doushantuo Formation. First post-glacial phosphates and trace element rich black shales occurred independently of facies zones. The geochemical data (e.g. SEE, C, S) indicate no fully marine conditions following the Nantuo glacial. Excessive sulfur concentations, the occurrence of mineralized bacteria and degassing structures may indicate that excess methane released during post-glacial gas hydrate destabilization was oxidized by sulfate reducers. Due to the post-glacial sea level rise early density stratification evolved by influx of seawater across the Jiangnan uplift into the low salinity basin. The occurrence of sedimentation gaps at the Jiangnan region confirms the protected character of the basin during the NP III. Repeatedly transgressive events have left organic- and trace element rich deposits on the platform yielding remarkable negative delta13C-excursions. Two negative NP isotope shifts have not yet been clearly reported from South China, although they are known from other regions. Mass layers of the nitrate reducing bacteria Vendotaenia observed within the transgressive units reflecting the expansion of dysoxic conditions onto the platform. The distribution of SEE is comparable with the results of the modern Black Sea, indicating extensive stagnant conditions within the ancient water column. In particular the global character of the carbon isotope excursions outlines a relationship with sea level changes of lower order. Following this scenario the geochemical results may be consistently explained by intermittently upwelling of trace element enriched stagnant deep waters with light carbon isotope ratios. Evaporites and karst features occurring within the upper Dengying Formation verify a drastic warming of the atmosphere at the end of the NP. The development of hypersaline conditions on the platform enhanced the density stratification significantly. In this context sulfate minium zones may have evolved along the density boundaries within the water column. Sulfur isotope data from the deep water facies show values close to the coexisting seawater sulfate and do support this hypothesis. The dawn of the Cambrian is characterized by dramatic changes within the sedimentary record. Primary phosphates were deposited along the formerly exposed and karstified platform margin. The occurrence of hardgrounds, condensation, reworking, basal breccias, unusual element enrichments and the “mixing” of fossil zones at the platform attests a substantial transgressive event. Especially during the Nemakit-Daldynian the carbon isotope record shows exceptional short time fluctuations. The accompanying tectono-magmatic activity is preserved by metabentonites and pyroclastics within the sediments. As a result the reactivation of a former fault system along the platform margin occurred and may have contributed to the formation of a stratiform Ni-Mo-ore layer. This work provides some sedimentological evidence towards a participation of basinal brines in the ore forming process. On the other hand the dramatically decreased sedimentation rates during the early Cambrian transgression accompanied by episodically upwelling of stagnant waters may have crucially contributed to the formation of the ore. The mass occurrence of metazoans in the direct vicinity of the ore may indicate a nutrient-coupling for example by chemotrophic bacteria. The initiation of subsidence within the Jiangnan region is preserved by the deposition of thick black shales. Towards the end of the transgression light delta34S-values within the deep water sediments testify a break-up of the established sulfate minimum zones. In contrast to the NP the Nemakit-Daldynian values of DeltaTOC decrease and signal a significant change within the global carbon cycle. These changes can be roughly correlated with the first occurrence of large coprolites at the Tommotian/Atdabanian boundary and may reflect a successive metabolic rearrangement of early metazoans towards photoautotrophic based food chains.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-14703
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1862
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1565
Exam Date: 21-Jul-2006
Issue Date: 3-Apr-2007
Date Available: 3-Apr-2007
DDC Class: 550 Geowissenschaften
Subject(s): Kambrium
Neoproterozoikum
Schwarzschiefer
Stabile Isotope
Yangtze Plattform
Black shale
Cambrian
Neoproterozoic
Stable isotopes
Yangtze platform
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