SiO2-Diagenese in Tiefseesedimenten

Zusammenfassung Im SiO₂-Kreislauf des Weltozeans ist Kieselsäure biogener Herkunft (Skelettopal) der wichtigste SiO₂-Lieferant, während vulkanogene und andere Quellen zurücktreten. Die Erhaltung von biogenem Opal und seine spätere Umbildung in authigenen Opal-CT und Klinoptilolith wird durch hohe Kieselplankton-Produktivität und Sedimentationsraten (z. B. in Auftriebsgebieten) begünstigt. Vulkanglas wird langsamer gelöst und führt zur Ausfällung von authigenem Smektit und Phillipsit, aber nicht zur Hornsteinbildung.Im allgemeinen verläuft die SiO₂-Diagense als ein diskontinuierlicher zeit-, teufen-, temperatur- und faziesabhängiger Reifungsprozeß von instabilem biogenem Opal (Opal-A) über metastabilen Opal-CT (fehlgeordneter Tief-Cristobalit/Tridymit) zu stabilem Quarz. Opal-CT ist also immer die erste (10–65 Ma nach der Ablagerung gefällte) SiO₂-Phase, aus der dann erst später (50–140 Ma nach Ablagerung der ursprünglichen Kieselsedimente) echte Quarzhornsteine entstehen. Unabhängig davon wird akzessorischer Quarz schon frühdiagenetisch in Porzellaniten ausgefällt, wo er Hohlräume füllt oder den Calcit von Fossilien verdrängt.Während die Opal-AOpal-CT-Umwandlung meist über einen Lösungsschritt geht, können Kieselskelette auchin-situ in Opal-CT umgewandelt werden. Das Opal-CT-Gitter erfährt einen teufen- und temperaturabhängige, röntgenographisch nachweisbare strukturelle Reifung. Diese führt später zur Opal-CTQuarz-Umwandlung, die möglicherweise ohne generelle Lösung und Wiederausfällung abläuft.Obwohl Alter/Versenkungstiefen-Diagramme ein weit überlappendes Vorkommen von Opal-A, Opal-CT und Quarz zeigen, läßt sich im allgemeinen eine positive Korrelation der Reife der SiO₂-Phasen mit diesen Parametern feststellen. Die Umwandlung von biogenem Opal in authigenen Opal-CT verläuft allerdings etwas rascher in karbonatischem als in tonigem Milieu, während tonige Fazies die Opal-CTQuarz-Umbildung beträchtlich verlangsamt. Die SiO₂-Transformationen werden allerdings nicht nur durch die Faktoren Zeit, Teufe (Temperatur) und Gastsedimentfazies gesteuert. Weitere, noch weitgehend unbekannte Parameter spielen vermutlich eine bedeutende Rolle.

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Biogenic silica is the most important source for the global oceanic SiO₂ cycle, whereas volcanogenic and other sources are less significant. High silica plankton fertility and sedimentation rates (e. g. in upwelling areas) favour the preservation of skeletal opal and its later transformation into authigenic opal-CT and clinoptilolite. Volcanic glass is less easily dissolved and leads to the precipitation of authigenic smectite and phillipsite, but not to the formation of porcellanites and cherts.In general, silica diagenesis proceeds as a discontinuous age-, burial- and facies-dependant maturation from instable biogenic opal (opal-A) via metastable opal-CT (disordered low-temperature cristobalite/tridymite) to stable quartz. Opal-CT is always the precursor silica phase (precipitated 10–65 m.y. after deposition), followed by the formation of genuine quartz cherts (about 50–140 m.y. after deposition of the original siliceous oozes). Already during early diagenesis, accessory quartz is directly precipitated in porcellanites and fills voids or replaces calcitic fossils.Whereas the opal-Aopal-CT transformation usually involves a solution step, opaline skeletons can also be transformedin situ into opal-CT. A maturation of the opal-CT structure takes place with increasing burial depth, which later leads to an opal-CT quartz transformation, possibly without any major silica mobilization.Altough age/burial depth diagrams show a wide overlap for the distribution of opal-A, opal-CT, and quartz, a general positive correlation of the maturity of the silica phases with these parameters is evident. On the other hand, the rate of the opal-Aopal-CT transformation is slightly faster in calcareous than in clayey sediments, whereas clayey facies retards the opal-CTquartz transformation considerably. However, the silica transformations are not only controlled by the factors time, burial depth (temperature) and host rock facies, but also by additional, largely unknown parameters.

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Résumé Dans le cycle SiO₂ des océans les organismes siliceux sont les fournisseurs principaux de SiO₂. Les autres sources de silice, volcanogénes ou autres, sont de moindre importance. Une haute productivité de plancton siliceux alliée à un taux d'accumulation élevé (par exemple, dans les zones des upwellings) favorisent la conservation de l'opale biogène et sa transformation subséquente en opale-CT et en clinoptilolite. Les verres volcaniques se dissolvent plus lentement et donnent des smectites authigènes et des phillipsites, mais pas de cherts.En général, la diagénèse de la silice se poursuit comme un processus des maturation discontinu, dépendant des facteurs temps, profondeur, température et faciès: au cours de ce cycle, l'opale biogène instable (»opale-A«) se transforme en opale-CT métastable (-cristobalite/tridymite avec désordre unidimensionnel), puis en quartz stable. L'opale-CT est donc toujours la première phase SiO₂ (précipité 10–65 Ma après le dépÔt du sédiment), suivi plus tard (50–140 Ma après le dépÔt des sédiments biosiliceux originaux) par des cherts à quartz. Indépendamment, du quartz accessoire peut Être précipité au cours d'un stade précoce de la diagénèse dans les porcellanites, ou il remplit les vacoules ou remplace la calcite des fossiles.Alors que la transformation de l'opale-A en opale-CT s'opère, de manière générale, par l'intermédiaire d'une phase de dissolution, les restes des organismes siliceux peuvent Être transformésin situ en opale-CT. La grille de l'opale-CT subit un processus de maturation structurale en relation avec la profondeur et la température, visible par l'analyse aux rayons X. C'est cette maturation de la grille qui conduira plus tard à la transformation de l'opale-CT en quartz, cette étape pouvant avoir lieu sans dissolution totale ni reprécipitation.Bien que les diagrammes âges-profondeurs montrent des recouvrements importants de l'opale-A, de l'opale-CT et du quartz, on peut remarquer souvent une corrélation positive entre la maturité des phases de silice et ces paramètres. La transformation de l'opale biogène en opale-CT authigène se poursuit toutefois un peu plus rapidement en milieu carbonatique qu'en milieu argileux, alors que les faciès argileux freinent considérablement la transformation d'opale-CT en quartz. Cependant les transformations de SiO₂ ne sont pas uniquement dirigées par les facteurs temps, profondeur (température) et faciès du sédiment-hÔte. D'autres paramètres encore mal connus semblent jouer un rÔle important au cours de ces phénomènes.

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Geringfügig erweiterte Fassung eines auf der 69. Jahrestagung der Geologischen Vereinigung in Heidelberg gehaltenen übersichtsreferates.