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δ34S-Werte in rezenten Meeressedimenten und ihre Deutung am Beispiel einiger Sedimentprofile aus der westlichen Ostsee

Research paper by Martin Hartmann, Heimo Nielsen

Indexed on: 01 Sep '68Published on: 01 Sep '68Published in: Geologische Rundschau : Zeitschrift fur allgemeine Geologie



Abstract

Die Isotopenverhältnisse verschiedener Schwefelkomponenten (Gesamtschwefel im Sediment, Sulfat und H2S im Porenwasser) wurden in mehreren Kernen von rezenten marinen Sedimenten aus der Kieler Bucht (westliche Ostsee) gemessen. Zusätzlich wurden die quantitativen Gehalte an Gesamtschwefel, Sulfat, Sulfid, Chlorid, organischem Kohlenstoff, Eisen und Wasser im Sediment bzw. in den Porenlösungen bestimmt.Der im Sediment enthaltene Schwefel (etwa 0,3 bis 2% der Trockenprobe) gelangt zum überwiegenden Teil erst nach der Ablagerung in das Sediment. Damit werden die Überlegungen vonKaplan u. a. (1963) bestätigt. Die organische Substanz trägt nur zu einem unbedeutenden Teil (in unseren Proben mit etwa 5 bis 10% des Gesamtschwefels) zum Schwefelgehalt der Sedimente mit bei.Als Quelle für den Schwefel im Sediment dient das Sulfat des Porenwassers. Bei normaler Sedimentation reicht der für die mengenmäßige Bilanz ins Gewicht fallende Diffusionsaustausch des Sulfats zwischen Porenwasser und freiem Meerwasser etwa bis in 4 bis 6 cm Sedimenttiefe. Hierdurch wird das durch bakterielle Reduktion und anschließende Sulfidbzw. Pyritbildung verbrauchte Sulfat weitgehend nachgeliefert. Diese oberste Sedimentschicht stellt also für die Schwefelbilanz ein teilweise offenes System dar, die Schwefeldiagenese ist hier allochemisch.Unterhalb 4 bis 6 cm Sedimenttiefe haben wir es mit einem geschlossenen System zu tun. Die weitere Diagenese ist für den Schwefel isochemisch.Die Isotopenwerte des Sedimentschwefels werden in erster Linie durch den Schwefel bestimmt, der durch Diffusion ins Sediment gelangt und durch anschließende bakterielle Reduktion als Sulfid oder Pyrit gebunden wird. Infolge der bevorzugten Reduktion des32S und des Diffusionsaustausches von nichtreduziertem Sulfat mit dem freien Meerwasser im Bereich des offenen Systems kommt es zur Anreicherung des32S im Sediment. Dieδ34S-Werte im Sediment liegen im allgemeinen zwischen −15 und −35‰, im Meerwassersulfat dagegen bei +20‰Sedimentologische und chemische Unterschiede des Sediments haben keinen erkennbaren Einfluß auf die Isotopenwerte des Sedimentschwefels, denn sandige und tonige Lagen des gleichen Kerns zeigen keine Unterschiede derδ34S-Werte. Dagegen scheint die Sedimentationsgeschwindigkeit für dieδ34S-Werte von Bedeutung zu sein. So zeigt ein Kern mit relativ langsamer Sedimentationδ34S-Werte zwischen etwa −29 und −33‰, während die Kerne mit höherer Sedimentationsgeschwindigkeit Werte zwischen −17 und −24‰ besitzen.Das Sulfat des Porenwassers zeigt mit zunehmender Sedimenttiefe erwartungsgemäß sinkende Sulfatkonzentrationen (bei 30 bis 40 cm Tiefe etwa 20 bis 70% der Meerwasserwerte) und ansteigendeδ34S-Werte (in einem Fall bis über +60‰).Die Sulfidkonzentrationen im Porenwasser steigen dagegen in der gleichen Richtung an (unterschiedlich, maximal bis 80 mg S/l). Für die Isotopenwerte des Porenwassersulfids ergab sich dabei in allen Kernen ein zum Sulfatschwefel paralleler Anstieg, wobei dieδ-Differenz zwischen beiden Schwefelkomponenten allgemein recht konstant zwischen 50 und 60‰ liegt — ein Hinweis auf die genetische Beziehung beider Verbindungen.