Geochemie

Woraus setzt sich organisches Material in marinen Sedimenten und Sedimentgesteinen im Wesentlichen zusammen?

autochthonen und allochthonen Komponenten

Was beschreibt autochthones organisches Material in marinen Alagerungsräumen?

den vor Ort produzierten Anteil des organischen Materials, vorwiegend bestehend aus Phytoplanktonbiomasse, aber auch Anteilen von Zooplankton, sowie von Nekton und Benthos

Welchen Einfluss haben Sedimentationsraten auf die Einbindung und Erhaltung des organischen Materials in Sedimenten?

Eine Zunahme der Sedimentationsraten begünstigt die Einbindung des organischen Materials in das Sediment und somit dessen Erhaltung, bei sehr hohen Sedimentationsraten kommen allerdings Verdünnungseffekte zum Tragen

Welchen Einfluss hat die Bildung von Aggrgaten aus Organik und mineralischer Substanz auf die Exporteffizienz des organischen Materials zum Meeresboden?

Aggrgatbildung verbessert die Exporteffizient, da größere Partikel durch größeres Gewicht und höhere Dichte schneller absinken

Phytoplankton biosynthetisiert große Mengen an Biomasse in der photischen Zone. Ein Teil davon wird innerhalb der photischen Zone rezyklisiert und nur ein geringer Teil gelangt zum Meeresboden. Welche TOC-Gehalte (Gewichtsprozent) kann man in den Tiefseesedimenten für gewöhnlich nachweisen?

<1%

Welchen Einfluss hat die Sauerstoffverfügbarkeit im Bodenwasser und an der Wasser-Sediment-Grenze auf die Erhaltung organischen Materials?

die Sauerstoffverfügbarkeit kontrolliert die benthische Aktivität, wobei die Abwesenheit von Benthos in anoxischen Ablagerungsräumen das Erhaltungspotential für organisches Material erhöht

In welchen Bereichen der Meere und Randmeere kann sich bevorzugt ein Sauerstoffdefizit einstellen?

in Upwelling-Gebieten und Meeresbecken mit eingeschränkter Zirkulation und geschichteten Wasserkörpern

Wovon ist die räumliche Verteilung des organischen Materials (TOC-Gehalte) in den Sedimenten der Ozeane abhängig?

Nährstoffverfügbarkeit, Primärproduktion, in Randmeeren kann die Sauerstoffverfügbarkeit im Tiefenwasser zudem ein kontrollierender Faktor sein

Welche Ablagerungsräume begünstigen die Erhaltung von organischem Material?

Kohlesümpfe, Upwelling-Gebiete, anoxische Meeresbecken

Welche Naturstoffe weisen in der Geosphäre ein besonders gutes Erhaltungspotential auf?

Lignin und Lipide

Wozu kommt es in Sedimenten im Zuge der frühsten molekularen Diagenese von Biomasse?

Verlust von Doppelbindungen und funktionellen Gruppen

Was ist Bitumen?

Der mit organischen Lösungsmitteln extrahierbare Teil des sedimentären organischen Materials

Was ist Kerogen?

Ein in Lösungsmitteln unlösliches organisches Polymer mit meist mehr als 10000 amu

Die Zusammensetzung des Kerogens kann über das OI-HI-Diagramm (Pseuso van Krevelen-Diagramm) charakterisiert werden. Wo plotten in dem Diagramm die Kerogen-Typen I, II und III? Was sagen sie unterschiedlichen Kerogentypen über die Herkunft des organischen Materials aus?

I: Algen/Bakterien-stämmig → lakustrines Milieu

II: Algen/Bakterien dominiert (mit Landpflanzenanteil) → marines Milieu

III: Landpflanzen-stämmig → terrestrisches Milieu

Was sind Biomarker?

Molekulare Fossilien, die sich auf bestimmte Organismen/Organismengruppen zurückführen lassen

Wofür sind Hopane charakteristisch?

Bakterien

Welche Steroide sind charakteristisch für Landpflanzen?

C29

Wofür sind langkettige n-Alkane (C27-C33) charakteristisch?

Landpflanzen

Wofür sind kurzkettige n-Alkane (nC15-nC17) charakteristisch?

Algen und Bakterien

Von welcher Vorläuferverbindung leiten sich Pristane und Phytane meist ab, die in Sedimentgesteinen weit verbreitet sind?

Sie leiten sich zumeist vom Phytol, der Chlorophyll-Seitenkette, ab

Als Funktion von was variiert das Pristan/Phytan-Verhältnis in Sedimenten?

Sauerstoffverfügbarkeit

Unter welchen Bedingungen wird die Seitenkette der Hopane bevorzugt erhalten?

reduzierende Bedingungen

Was zeigt ein hoher TAR-Wert der Alkane (langekttige gegen kurzkettige Alkane) an?

einen hohen Anteil von Landpflanzen Blattwachsen

Woraus resultiert die Atommassezahl im Wesentlichen?

Protonen und Neutronen

Wodurch unterscheiden sich Isotope eines Elements?

Atommasse und Nullpunktsenergie

Welche chemischen Verbindungen zeichnen sich durch eine höhere Dissoziationsenergie aus?

chemische Verbindungen mit schweren Isotopen

Wie ist die Temperaturabhängigkeit der Isotopenfraktionierung?

Isotopenfraktionierung wird mit zunehmender Temperatur geringer

Die Isotopenzusammensetzung wird häufig in der Delta-Notation angegeben? Was beschreibt diese?

Isotopenverhältnis (schwere/leichte Isotope) einer Probe im Bezug zu einem Isotopenstandard

Was besagt ein Delta 13C Wert einer Probe von -21 Promille?

Probe ist im Bezug auf den Standard am schweren Isotop abgereichert

Wie unterscheidet sich die Biomasse von C3- und C4-Pflanzen hinsichtlich ihrer Kohlenstoffisotopie?

C3-Pflanzen haben relativ zu C4-Pflanzen eine leichtere Delta 13C-Signatur

Wie beeinflussen Wasserverfügbarkeit und atmosphärische CO2-Konzentration die Kohlenstoffisotopie von C3-Pflanzen?

Erhöhung der atmosphärischen CO2-Konzentration und Wassermangel führen zu einer Erniedrigung der Delta 13C-Signatur

Wo plotten im C/N-Delta 13C-Diagramm C3-Pflanzen, C4-Pflanzen und marines Phytoplankton (für rezente Systeme)?

Welche Spurenmetalle verhalten sich im Meerwasser ähnlich wie Makronährstoffe und sind für den Aufbau organischen Materials wichtig oder limitieren diesen sogar?

Cd, Fe, Zn

Ein chemisches Element hat ein Inventar von 10^18g im Ozean und wird mit 2×10^13g/Jahr durch Flüsse in den Ozean eingetragen. Welche Verweilzeit ergibt sich daraus unter der Annahme eines Steady State?

Verweilzeit=Inventar/Eintrag → 50.000 Jahre

Wodurch ist die Dichte einer Wassermasse definiert?

Temperatur und Salinität

Mit welchen künstlich durch die Menschen eingetragenen Spurenstoffen kann man die Tiefenwasserzirkulation nachverfolgen?

Freone, 12C, Tritium

Was ist der Hauptgrund, weswegen das Meerwasser salzig ist?

Verwitterung der kontinentalen Gesteine und Freisetzung der Haupt-Ionen

Was zeigt das typische Meerwasserprofil (0-5000m) eines partikelreaktiven Spurenmetalls ohne biologische Funktion im Nordpazifik?

Abreicherung an der Oberfläche und annähernd konstante Zunahme der Konzentrationen mit Wassertiefe durch Adsorption/Desorption an Partikel

Im Gegensatz zum größten Teil des globalen Ozeans ist das Oberflächenwasser im Südozean durch hohe Nährstoffkonzentrationen (N, Si, P) charakterisiert. Was ist der Hauptgrund?

Mikronährstoffe, wie Eisen, stehen durch niedrigen Staubeintrag nicht uneingeschränkt für das Phytoplankton zur Verfügung

In Diatomeenschalen eines Sedimentkerns aus dem Nordpazifik sind die Siliziumisotopenwerte hoch (stark fraktioniert) und die Sedimentationsraten des biogenen Opals (Diatomeen) sehr niedrig. Worauf deutet dies hin?

Silikat im Oberflächenwasser war fast vollständig verbraucht

Im Nordatlantik wurden in einem Sedimentkern in benthischen Foraminiferen eines bestimmten Alter schwere (hohe) Delta 18O-Signaturen und gleichzeitig in den planktonischen Foraminiferen sehr leichte (niedrige) Delta 18O-Signaturen festgestellt. Wodurch ist dies erklärbar?

ein hohes globales Eisvolumen (Glazial) und viel Schmelzwasserzumischung an der Oberfläche (Heinrich-Event)

Warum kann man mit dem radiogenen Neodym-Isotopensystem Wassermassenmischung im tiefen Ozean nachverfolgen?

das Nd-Isotopensystem wir an Land nicht fraktioniert und die Verweilzeit des Nd entspricht etwa der Mischungszeit des Ozeans

Warum können Änderungen der Nd-Isotope im Zwischenwasser des Atlantiks auf die Schließung des Isthmus von Panama vor 2,7 Millionen Jahren zurückgeführt werden?

Weil durch die Schließung kein radiogenes (positives eNd) pazifisches Wasser mehr direkt zugemischt wurde

Anders als beim Nd-Isotopensystem ist das viel höhere 206Pb/204Pb-Verhältnis in Mangankrusten aus dem tiefen Nordatlantik nicht durch einfache Verwitterung der archaischen Gesteine in Kanada zu erklären. Sondern wodurch?

bei der Verwitterung wird durch den alpha-Recoil und hohe 206Pb/204Pb-Signaturen von leicht verwitterbaren Mineralen bevorzugt das radiogene 206Pb freigesetzt

Warum kann man mit Hilfe von radiogenen Sr-Isotopenverhältnissen karbonatische marine Sedimente der letzten 500 Millionen Jahre datieren?

die Verweilzeit des Sr im Meerwasser ist so lang, dass nur große Gebirgsbildungen und das Auseinanderbrechen von Kontinenten zu bestimmten Zeiten die Sr-Isotopie ändern

Wie kann man mit Hilfe der Sauerstoffisotopie von benthischen Foraminiferen marine Sedimente datieren?

• Durch die Änderungen der Tiefenwassertemperaturen wird der Sauerstoff beim Einbau in die Foraminiferenschalen in Warm- und Kaltzeiten unterschiedlich fraktioniert

• Zeitlich bekannte zyklische Änderungen der orbitalen Erdbahnparameter führten zu Schwankungen des Eisvolumens an Land und des darin gebundenen isotopisch leichten Sauerstoffs

• Wassermassen sind durch unterschiedliche Sauerstoffisotopien charakterisiert und Änderungen in deren Mischung können global mit Ereignissen bekannten Alters synchronisiert werden

Was zeigt ein hoher CPI (Carbon Preference Index) bei niedrigem HI aus der Rock Eval Analyse?

Terrestrische Biomasse, abgelagert unter oxidieren Bedingungen

Wovon hängt das Delta 13C Signal von C3-Photosynthese betreibenden Organismen ab?

Isotopensignal des Substrates, der Diffusionsrate von CO2 in das Zellinnere und der enzymatischen Fixierung durch RuBisCo

Was zeigt ein hohes Verhältnis von Pristan zu Phytan an?

Abbau unter oxidierenden Bedingen

Wodurch werden euxinische Bedingungen in der photischen Zone angezeigt?

diaromatische Carotinoide, wie Isorenieratane

Was zeichnet die Isotope eines Elements aus?

Die selbe Anzahl an Protonen, unterschiedliche Anzahl an Neutronen (→ unterschiedliche Masse)

Was bezeichnet der Prozess der Denitrifikation?

Die Mikrobielle Umwandlung von NO3- in N2

Seit wann treten Oleanen-Moleküle auf?

Kreide

Wann tritt eine maximale Isotopenfraktionierung auf?

Bei einer vollständigen Aufzehrung des Substratreservoirs

Wie ist der Begriff der Isotopenfraktionierung definiert?

Verschiebung der Häufigkeit der Isotope eines Elementes zwischen zwei Substanzen oder Phasen derselben Substanz

Was sind Biomarker?

Moleküle, die in Sedimenten auftreten, aber auch nach Defunktionalisierung ihre biologische Herkunft anzeigen

Wo liegt das gemittelte Delta 13C Signal terrestrischer C4 Pflanzen?

-13,2 Promille

Warum wird in pleistozänen Sapropelen eine Verschiebung zu schwereren Delta 13C_TOC-Werten beobachtet?

Wegen einer verstärkten Primärproduktion und einem limitierten CO2 Pool

Wofür sind Ergostane (C28-Sterane) typisch?

Prasinophycen oder Coccolithen

Was zeigt ein hohes Verhältnis von Steranen zu Hopanen?

Ein hohes Verhältnis von Algen zu Bakterien

Für welche Lithofazies ist ein hohes Verhältnis von C26/C25 trizyklischen Tritpernoiden typisch?

lakustrine Tonsteine

Was sind die Entstehung und Materialeigenschaften von Kerogen?

organisches Geopolymer, das in Säuren und organischen Lösungsmitteln unlöslich ist

Was deutet die Präsenz von 2-Methylhopanen an?

Sediment hat einen spezifischen biologischen Eintrag von Cyanobakterien erfahren

Für welche Lithofazies ist ein hohes Verhältnis von C22/C21 trizyklischen Tritpernoiden typisch?

Karbonate

Wie ist die Temperaturabhängigkeit einer beim Phasenübergang zu beobachteten Isotopenfraktionierung?

Isotopenfraktionierung nimmt mit zunehmender Temmperatur ab

Was zeigt der Methylierungsgrad von Trimethyltridecylchromanen (MTTC-Ratio)?

Aufschluss über die Paläosalinität mariner Wässer

Was zeigt das Verhältnis von organischem Kohlenstoff zu reduziertem Schwefel in einem Sediment an?

Den Pyritgehalt und damit die Redox-Bedingungen im Sediment

Wofür sind kurzkettige Alkane (C15-C19) typisch?

Phytoplankton

Wie verhält sich die Produktion im Jahresmittel (steady state)?

Exportproduktion = Neue Produktion

Was zeigen langkettige Lipide mit Bevorzugung einer ungeraden Kohlenstoffzahl bei Alkanen und geraden bei Alkoholen und Carbosäuren an?

Herkunft von geringen Wachslipiden aus Landpflanzen

Wofür sind mittelkettige Alkane (C23-C25) typisch?

Aquatische Makrophyten (Algen und Mikroben)

Wofür sind 4-Methylsterane (C30-Sterane) typisch?

Dinoflagellaten (marine Algen)

Was zeigt das Verhältnis von organischem Kohlenstoff zu Stickstoff in einem Sediment an?

Relative Anteile von Landpflanzen gegenüber aquatischer Biomasse

Wodurch sind niedrige Delta 13C und niedrige Delta 18O Werte zu erklären?

einen geringen Anteil aus dem Südozean im Bodenwasser und viel Schmelzwasserzumischung an der Oberfläche

Warum lässt sich mit radiogenem Nd-Isotopensystem Wassermischung im tiefen Ozean nachvollziehen?

Nd-Isotopensystem wird bei der Verwitterung nicht fraktioniert, Verweilzeit von Nd entspricht etwa der Mischungszeit des Ozeans

Warum können ausgeprägte Änderungen der Nd-Isotopie im Zwischenwasser des Atlantiks auf die Schließung des Isthmus von Panama zurückgeführt werden?

Weil durch die Schließung kein radiogenes (positives eNd) pazifisches Wasser mehr direkt zugemischt wurde

Was ist der Hauptgrund weswegen das Meerwasser salzig ist?

Verwitterung der kontinentalen Gesteine und Freisetzung der Haupt-Ionen

Was zeigt das typische Meerwasserprofil (0-5000m) eines partikelreaktiven Spurenmetalls ohne biologische Funktion im Nordpazifik?

Abreicherung an der Oberfläche und annähernd konstante Zunahme der Konzentrationen mit der Wassertiefe durch Adsorption/Desorption

Was sind konservative Elemente?

Cl-, SO42-, Na+, Mg2+, Ca2+, K+, Sr2+

Was bedeutet es wenn im Nordpazifik Siliziumisotope aus Diatomeenschalen hoch (stark fraktioniert) und die Sedimentationsraten sehr niedrig sind?

Das Silikat im Oberflächenwasser war fast vollständig verbraucht

Warum lassen sich Cyanobakterien mit Hilfe von Stickstoffisotopen in fossilen Ökosystemen nachweisen?

Durch die Stickstofffixierung weisen sie leicht negative Delta 15N Werte auf (ca. -1 Promille)

Welche Spurenmetalle sind für den Aufbau organischen Materials wichtig/limitieren diesen?

Cd, Fe, Zn

Welche Verweilzeit ergibt sich unter Annahme eines Steady State bei einem Inventar von 10^18 g und einem Eintrag von 2×10^13 g/Jahr?

Inventar/Eintrag → 50.000 Jahre

Wodurch ist die Dichte einer Wassermasse definiert?

Temperatur und Salinität

Mit welchen künstlich anthropogen eingetragenen Spurenstoffen lässt sich die Tiefenwasserzirkulation nachverfolgen?

Freone, 14C, Tritium (3H)

Was bezeichnet der Delta Wert bei Isotopenmessungen?

Verschiebung der Häufigkeit der Isotope zwischen zwei Substanzen oder Phasen derselben Substanz

Von welchen Faktoren hängt das Delta 13C Signal von C4 Photosynthese-betreibenden Organismen maßgeblich ab?

Isotopensignal des Substrates, Diffusionsrate von CO2 in das Zellinnere, enzymatische Fixierung durch RuBisCo

Wo liegt das gemittelte Delta 13C Signal terrestrischer C3 Pflanzen?

-27,1 Promille

Wodurch lässt sich eine Verschiebung zu isotopisch schwererem Delta 13C Werten erklären?

Erhöhter Eintrag von durch C4-Pflanzen synthetisiertem organischen Material

Ordnen Sie die folgenden Pflanzenkomponenten hinsichtlich ihrer Delta 13C Isotopensignatur in abnehmender Reihenfolge: Blatt, Bulkpflanzematerial, Wachslipide

Blatt > Wachslipide > Bulkpflanzenmaterial

Welcher Prozess führt zur Verringerung der Verfügbarkeit von biologisch-verwertbaren Stickstoffquellen in aquatischen Systemen?

Denitrifikation

Warum fallen Delta 15N Werte ab?

Erhöhter Beitrag von N2-Fixierern zu dem sedimentären organischen Material

Ordnen Sie die folgenden Prozesse der Stickstoffaufnahme in aufsteigender Reihenfolge hisichtlich ihrer Isotopenfraktionierung: Nitratassimilation, Ammoniumassimilation, Stickstofffixierung

Stickstofffixierung < Nitratassimilation < Ammoniumassimilation