Bentonit-Horizonte in paläozoischen Sedimentfolgen: Tephrostratigraphie und U-Pb-Altersbestimmungen mit magmatogenen Zirkonen

Geschrieben von Michael Kotulla

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Bentonit-Horizonte in paläozoischen Sedimentfolgen: Tephrostratigraphie und U-Pb-Altersbestimmungen mit magmatogenen Zirkonen

Fragestellung

In paläozoischen Sedimentfolgen treten mitunter Bentonithorizonte einzeln oder in Serie auf. Dabei handelt es sich um Lagen umgewandelter vulkanischer Aschen, die häufig noch magmati­sche Primärbestandteile wie das Mineral Zirkon enthalten. Die aus diesen Horizonten extrahierten Zirkone werden u. a. zur stratigraphischen Korrelation (Zirkon-Tephrostratigraphie) und zur Bestimmung radiometrischer Alter mit der U-Pb-Methode verwendet. Mit einer Auswahl von Isotopenaltern wird schließlich die paläozoische, zeit-relative Systemfolge Kambrium bis Perm geeicht – zu absoluter Zeit^[1]. Hinsichtlich dieser Verknüpfung zwischen einzelnen Probenpunkten, ihrer stratigraphischen Position und Korrelation, und globaler geologischer Zeitskala stellt sich die Frage, wie die einzelnen Isotopenalter konkret ermittelt worden sind.

Waren zuvor Isotopenalter häufig nur für einzelne, weit voneinander entfernte Probenpunkte der zugänglichen Erdkruste ausgewiesen worden, so sind inzwischen für einige Lokalitäten Isotopenalter für zwei oder mehr Bentonithorizonte, mitunter ganze Bentonitserien, publiziert. Diese Konkretisierung – in Verbindung mit einer zunehmend höheren Auflösung radiometrischer Alter – erlaubt, eine abgelagerte Sedimentfolge oder einzelne Abschnitte daraus in unmittelbare Beziehung zu der Bildungszeit zu setzen, die sich aus der Differenz von mindestens zwei isotopendatierten Aschenlagen ergibt. In diesem Zusammenhang stellt sich die Frage, ob die jeweilige radiometrisch determinierte Bildungszeit mit einer Zeitindikation harmoniert, die sich aus einer geologisch-sedimentologischen Interpretation der Sedimentfolge herleiten lässt.

Abstract in English (via DeepL): Bentonite horizons in Paleozoic sedimentary sequences: Tephrostratigraphy and U-Pb age determinations with magmatogenic zircons

In Paleozoic sedimentary sequences, bentonite horizons sometimes occur individually or in series. These are layers of transformed volcanic ash that often still contain primary magmatic components such as the mineral zircon.

The zircons extracted from these horizons are used, among other things, for stratigraphic correlation (zircon tephrostratigraphy) and for determining radiometric ages using the U-Pb method. Finally, a selection of isotope ages is used to calibrate the Paleozoic, time-relative system sequence from the Cambrian to the Permian to absolute time^[1]. With regard to this link between individual sample points, their stratigraphic position and correlation, and the global geological time scale, the question arises as to how the individual isotope ages were actually determined.

Whereas isotope ages were previously often only reported for individual, widely separated sample points of the accessible Earth’s crust, isotope ages for two or more bentonite horizons, and sometimes entire bentonite series, have now been published for some locations. This concretization—in conjunction with an increasingly higher resolution of radiometric ages—allows a deposited sediment sequence or individual sections thereof to be directly related to the formation time resulting from the difference between at least two isotope-dated ash layers. In this context, the question arises as to whether the respective radiometrically determined formation time is consistent with a time indication that can be derived from a geological-sedimentological interpretation of the sediment sequence.

[1]  „The science of (…) radiometric dating (…) is an integral partner in the effort of constructing the geologic time scale, contributing the ability to calibrate events in Earth history to absolute time“ (Schmitz 2012a, 115).

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