Doc.dr.sc. Kristina PIKELJGeološki odsjek, PMF

Horvatovac 102 aUtorak, 17:00-19:00

Predavanja iz kolegija Geologija mora (44558, 63327, 44100, 57290)

Sediment glavni objekt proučavanja

Sediment (?)… …prirodan materijal koji nastaje

taloženjem tijekom nekog prirodnog procesa

raznolikost sedimenta u moru većina morskog dna (kore) je

prekrivena nekom vrstom sedimenta

porijeklo sedimenta u moru (?) većina sedimentnih stijena na kopnu je

nastala u vodenoj sredini (moru) aktualistički pristup… Philip Kuenen (1958): „No Geology

without Marine Geology” Uzorkovanje sedimenta Van Veenovimgrabilom (na RV Bios Dva)

Sediment ~50% volumena sedimenta u moru je

terigeni mulj (nastao trošenjem materijala na kopnu)

~50% površine morskog dna prekriveno je vapnenačkim muljem (ooze)…(?)

geokemijski spekt - sastav morske vode rezultat je reakcija s bazaltom

sedimentacijski ciklus - trošenje stijena, prijenos materijala i taloženje čestica

kemijsko trošenje mehaničko trošenje

Sediment ~50% volumenta sedimenta u moru je

terigeni mulj (nastao trošenjem materijala na kopnu)

~50% površine morskog dna prekriveno je vapnenačkim muljem (ooze)…(?)

geokemijski spekt - sastav morske vode rezultat je reakcija s bazaltom

sedimentacijski ciklus - trošenje stijena, prijenos materijala i taloženje čestica

kemijsko trošenje mehaničko trošenje

Izvori i sastav morskog sedimenta (Seibold i Berger, 2017)

Porijeklo sedimenta terigeni – litogeni…s kopna

biogeni – anorganski…djelovanjem organizama

kemogeni – precipitacijom iz morske vode

kozmogeni – iz svemira

Izvori i sastav morskog sedimenta (Seibold i Berger, 2017)

Prosječne količine materijala (mlrd tona godišnje) koje dolaze u more s kopna i njihovi načini transporta

(The Open University press, 2001)

Izvori materijala i mehanizmi transporta ‐ RIJEKE

DONOS MATERIJALA RIJEKAMA

najznačajniji donos materijala u more! otopljena i čestična tvar…(granica…?) 1 μm

trošenje kopna

otopljena tvar (ioni, koloidi – molekule ili polimolekularne čestice)

čestična tvar (suspendirani nanos i vučeni nanos)

prosječna rijeka donosi 80% čestičnog materijala i 20% otopljenog materijala

…krške rijeke…? …u prosjeku obrnuto!

Izvori materijala i mehanizmi transporta ‐ RIJEKE

DONOS MATERIJALA RIJEKAMA

procjena količine materijala koja se rijekama prenosi i taloži u moru:

1) procjena trošenja kopna/god 2) procjena sedimentacije u moru/god

imati na umu odnos površina kopna i mora

volumen materijala koji rijekama stiže u more: 12 km3/god

rasporedi li se ta količina na površinu morskog dna…

…brzina sedimentacije od oko 30 mm/1000 god (30 bubnofa - Bubnoff)

kolika je brzina trošenja kopna?... …kopna je 2x manje od mora …60mm/1000 god

brzina sedimentacije nije jednaka na svim dijelovima morskog dna:

šelf – najbrža sedimentacija (dio kopna!)

slaz i podnožje – 10% oceana – 100 mm/1000 god

duboko more – 90% oceana – 1-20 mm/1000 god

• nejednoliko trošenje kopna• mehaničko trošenje prevladava u visokim širinama• kemijsko trošenje prevladava u niskim širinama• trošenje (weathering) vs. erozija (erosion)?

Donos materijala u more rijekama(The Open University press, 2001)

Izvori materijala i mehanizmi transporta ‐ LED

DONOS MATERIJALA LEDOM

na visokim širinama

materijal uklopljen u led ulazi u more topljenjem leda materijal se taloži

IRD – ice rafted debris danas: taloženje iz leda na 20%

površine morskog dna prostor: oko Antarktike do 40ºjgš

značajniji i masovniji donos…(?) …tijekom zadnjeg ledenog doba

Gore: Nastanak glacijalnog sedimenta u moru (SlideServe)Dolje: mjesta nalaska glacijalnog sedimenta u Atlantiku (The

Open University Press, 2001)

Izvori materijala i mehanizmi transporta ‐ VJETAR

DONOS MATERIJALA VJETROM

kratak boravak čestica u troposferi –par dana do par tjedana

sitno-zrnasti materijal veličina čestica: 0,1-10 um

čestice su različitog postanka od onih nošenih rijekom

prijenos zrakom je dugoročno najbitniji za unos čestica u duboke dijelove mora

gotovo sav ne-biogeni materijal dubokog mora je došao zrakom

materijal koji je unesen u more mora proći tzv. mikrosloj na granici atmosfera/more

materijal nošen zrakom - aerosol –mješavina tekuće i čvrste faze u plinovitom mediju

Klasifikacija aerosola(Prospero i dr., 1983)

Izvori materijala i mehanizmi transporta ‐ VJETAR

DONOS MATERIJALA VJETROM

područje suptropa

1901. velika saharska oluja: čestice veličine 0,012 mm u Palermu čestice veličine 0,006 mm u Hamburgu 11 g prašine/m3 u Sredozemlju

može dosegnuti Karibe iz Afrike može dosegnuti Havaje iz Kine

važan izvor materijala za duboko more prljave kiše nakon juga

Prijenos pijeska iz Sahare prema Sredozemlju (www.earth.com)

Izvori materijala i mehanizmi transporta ‐ VULKANI

DONOS MATERIJALA VULKANIMA

značajna količina matrijala epizodni događaji lokalni/regionalni događaj – rubovi

ploča vulkanski pepeo prenesen vjetrom mm-cm debeli slojevi pepela važno u geol. prošlosti (?)

korelacija vremena erupcija na širem području na temelju sastava pepela –koristi se za regionalnu stratigrafiju

TEFRAKRONOLOGIJAgeokronološka metoda; pepeo iz jedne erupcije; rekonstrukcija događaja

Sredozemlje, Island, Jadran (?)

Glavne vulkanske opasnosti(infogram.com)

Izvori materijala i mehanizmi transporta ‐ VULKANI

DONOS MATERIJALA VULKANIMA

Tambora, Indonezija – 1815. – 30 km3

Pinatubo, Filipini – 1991. – 10 km3

Krakatau, Indonezija – 1883. – 18 km3

Toba, Indonezija – prije oko 74 000 godina – 2800 km3

supererupcija; pepeo dosegao stratosferu

globalno hlađenje

unos plinova i hidrotermalnih fluida u more

utjecaj (lokalni/regionalni)na kemijski sastav atmosfere i morske vode

Vulkanski pepeo u Sredozemlju nakon erupcijeprije >25000 god (veći oblak) i prije 5000 (manji oblak)

(Seibold i Berger, 2017)

Sediment i sastav morske vode

morska voda – otopina voda – univerzalno otapalo 92 prirodna elementa

prva aproksimacija: morska voda je otopina NaCl s ponešto

MgSO4

znatnije zastupljeni: Cl-, SO42-, HCO3-

, Na+, Mg2+, Ca2+, K+

glavni kationi stvaraju jake lužine koje su u balansu s jakim anionima

od svih aniona bikarbonat ion HCO3-stvara slabu kiselinu, pa je morska voda blago lužnata

pH: ~8 (8,1-8,2)

sastav morske vode može se tumačiti kao otapanjem vulkanskih plinova (HCl, SO2, CO2) koje stvaraju kiseline i reagiraju s mineralima u kori opće formule:

Me Sia Alb Oc

Me = Na, K, Mg, Ca

otapanjem metali prelaze u morsku vodu, a ostaje netopivi Si i Al oksidi i hdroksidi...a to su...(?)

...minerali glina

Sediment i sastav morske vode

morska voda – otopina voda – univerzalno otapalo 92 prirodna elementa

glavni konstituenti vs. sporedni konstituenti

GLAVNI KONSTITUENTI: koncentracija iona u morskoj vodi > 1

mg/l čine preko 99,9% otopljenih tvari u

oceanu anioni: Cl-, SO4

2-, HCO3-, Br-, H2BO3-,

F-, kationi: Na+, Mg2+, Ca2+, K+ i Sr+

količina glavnih konstituenata u kilogramu morske vode je 34,482 g

prosječni salinitet morske vode: 35 g/kg 35 ‰ odnosno 35 varira 33-37 u rubnim i šelfnim morima: 28-40

SPOREDNI KONSTITUENTI koncentracija iona < 1mg/l čine manje od 0,01% otopljenih tvari u

oceanima

isplati li se vaditi zlato iz morske vode?

Sediment i sastav morske vode

Sediment i sastav morske vode

promjenjiv salinitet = promjenjiva koncentracija glavnih otopljenih iona

relativni međusobni omjeri glavnih iona ostaje isti

koncept stalnosti sastava morske vode

mjerenje saliniteta: gravimetrijom - isparavanjem

kilograma morske vode – neprecizno (?)

mjerenjem kloriniteta – omjer iona je stalan, dovoljno je izmjeriti jedan konstituent; najviše klora S= 1.80655 x Cl

• gdje je S = salinitet, a Cl = klorinitet

Sastav morske soli(www.pngfly.com)

Sediment i sastav morske vode

otkuda soli u vodi?

najveći donositelj otopljenih tvari u more: rijeke

sastav riječne vode bitno drugačiji! glavni otopljeni kation: Ca2+, te glavni

kation HCO3- (a u morskoj vodi?)

procesi uklanjanja onih tvari koje dominiraju u riječnoj vodi

omjer glavnih konstituenata u moru je stalan…to znači da:

brzina unosa tvari u oceansku vodu mora biti jednaka uklanjanju tih tvari

za svaki pojedini element otopljen u morskoj vodi postoji VRIJEME ZADRŽAVANJA

τ= A/r τ – vrijeme zadržavanja A – ukupna količina neke tvari r – brzina unosa/uklanjanja

glavni konstituenti imaju dulje vrijeme zadržavanja

vrijeme zadržavanja povezano je s topljivošću i kemijskim ponašanjem (brzinom kojom ulaze u biogeokemijske reakcije)

Sediment i sastav morske vode

glavni konstituenti ne ulaze lako u kemijske reakcije – ostaju u morskoj vodi milijunima godina

sporedni konstituenti brzo ulaze u kemijske reakcije – brzo su uklonjeni iz morske vode

uklanjanje elemenata iz morske vode –reversno trošenje

ugrađivanje u alumosilikate i evaporite

koncept vremena zadržavanja upućuje na stalnost sastava morske vode u duljem razdoblju

sastav morske vode se nije bitno mijenjao posljednjih 600 milijuna godina (?)

Vrijeme zadržavanja elemenata u morskoj vodi(Open University Team, 2001)

Tipovi sedimenata u moru osnovna tri tipa sedimenata s obzirom

na postanak/porijeklo:

TERIGENI - litogeni, klastični, porijeklom s kopna, prevladavaju uz rubove oceana, alogeni

BIOGENI – porijeklom iz biljaka i životinja koji žive u moru; nastaju u moru; „born, not made”, autigeni; prevladavaju na otvorenim morima

HIDROGENI – kemogeni, precipitirani iz morske vode na ili u morskom dnu, autigeni

+ KOZMOGENI – tektiti, meteoriti, sferule

Terigeni sedimenti čestice koje stižu s kopna rijekama,

vjetrom, ledom, trošenjem obale… nastaju trošenjem starijih stijena na

kopnu izmijenjeni kemijskim trošenjem i

usitnjeni mehaničkim trošenjem

klasificiramo ih prvo prema veličini zrna:

šljunak – > 2 mm pijesak – 0,063 -2 mm mulj – <0,063 mm

mulj = prah + glina

prah – 0,004-0,063 mm glina – < 0,004 mm

Šljunak(Wikipedia)

Pijesak(Wikipedia)

Mulj(Wikipedia)

Terigeni sedimenti Veličina zrna

temeljni parametar daje informacije o: porijeklu, uvjetima

transporta, sortiranju i taloženju čestica ukazuje na procese koji su se odvijali

na mjestima taloženja koristi se za razlikovanje okoliša

taloženja i facijesa, te mehanizama transporta

koristi se za dobivanje informacija o taložnim procesima i energiji okoliša

važan abiotski čimbenik i utječe na fizikalne, kemijske i biološke procese u sedimentima

Wentworthova skala veličine zrna

(USGS)

Terigeni sedimenti Waltherov zakon korelacije facijesa:

„oni litofacijesi koji su produkt taložnog okoliša i nalaze se jedan do drugog u recentnom okolišu bit će u stratigrafskoj sukcesiji jedan iznad drugog”

Gradacija veličine zrna: teže i veće čestice ostaju bliže izvoru, dok sitnije i lakše mogu biti odnešene daleko od izvoraŠljunak?Glina?

Waltherovo pravilo(Slatt, 2013)

Promjena veličine zrna i tipa sedimenta u sedimentnom zapisu

ovisno o transgresiji ili regresiji(Wikipedia)

Terigeni sedimenti Šljunak/kršje

nisu nošeni daleko osim u slučaju donosa ledom

sediment plaža u visokim širinama, te na mjestima gdje planine dotiču more

ukazuju jednostavno na izvorišni materijal

Vis, plaža Srebrna (2019. g)

Marina di Pisa, „umjetni” šljunak (lijevo) i prirodni sediment (desno) (2018. g)

Terigeni sedimenti Pijesak

donos materijala rijekama tipičan sediment plaža dobro sortiran i otporan materijal

zreli pijesci – u potpunosti od kvarca sastav i udio teških minerala ukazuje

na provinijenciju

teški minerali…(?) …(>2,8 g/cm3) placeri (?)

morfologija zrna ukazuje na procese transporta i taloženja…pr. kako?

Marina di Pisa/ rijeka Arno (2018. g)

Terigeni sedimenti Mulj

prah i glina – mala energija okoliša prah je čest na kontinentskom slazu i u

podnožju prijelaz između pijeska i gline (i

veličinom i mineralnim sastavom) tinjci se često nađu u prahu

glina – razlika minerala gline i frakcija gline

minerali glina su često u frakciji gline geokemijski aspekt proučavanja

minerala glina (?) ispred riječnih ušća mulj je uz pijesak najčešći sediment

šelfova

muljevita plaža?

Muljevita plaža (Wikipedia)

Biogeni sedimenti nakupljanje anorganskih dijelova

organizama u moru skeleti, ljušture minerali: kalcit, Mg-kalcit, aragonit,

opal, celestit, fosfati, fluorit

najveći dio CaCO3 u moru je biogenog porijekla

u plićim okolišima više energije vode prevladava krupnozrnasti materijal bentičkih organizama

u dubokom moru prevladavaju ostaci planktonskih organizama (kokolitoforidi, foraminifere…)

chalk! CCD – doći ćemo do toga…

Biogeno kršje i pijesak (www.sandatlas.org)

Doverske stijene (+obalna erozija! 2012)(www.dailymail.co.uk)

Biogeni sedimenti opalni skeleti – biogeni opal: SiO2 x nH2O dijatomeje, radiolarije, spikule spužvi,

silikoflagelate rožnjaci – čertovi (često nodule u

karbonatnim stijenama) više rožnjaka u geološkoj prošlosti (?)

taloženjem velikih količina biogenog materijala u plitkom moru nastaju karbonatne stijene

Bahami - recentna karbonatna platforma (biogeni šelf)

primjeri takvog taloženja u geol. prošlosti (?)

AdCP primarna poroznost biogenog

sedimenta – kolektorske stijene

Kućice radiolarija(www.protocols.io)

Pjeskovita plaža od biogenog sedimenta na

Floridi(galactic-stone.com)

Bahama(Wikipedia)

Biogeni sedimenti dolomit – karbonat, ali ne primarni

biogeni sediment nastaje procesom…(?) …dolomitizacije - zamjena iona kalcija

ionima magnezija u karbonatnim talozima, uključuje rekristalizaciju

ranodijagenetski/kasnodijagenetskidolomit

suptropi/aridna područja

sabkha uvjeti…(?) … zona gornjeg intertajdala do

supratajdala u obalnom području aridnih područjakarakteristične po talođenju evaporita i karbonata

slane ravnice (na arapskom), česte u Perzijskom zaljebu (UAE)

Sabkha okoliš u Tunisu (Wikipedia; Educalingo)

Hidrogeni sedimenti Evaporiti nastaju isparavanjem iz morske vode u

zonama pustinja (25º gš) koncentracija otopine mora biti veća od

zasićenosti evaporitni niz- niz minerala prema

redoslijedu taloženja (?)… …kalcit/dolomit – gips – anhidrit –

halit… evaporacijom 1000 m visokog stupca

vode/m2 istaložit će se 14 m (35 tona) soli gustoće 2,5g/cm3

Miocenska kriza saliniteta u Mediteranu (5,96 – 5,33 Ma)

https://www.youtube.com/watch?v=bw-qf_zQMWs

Hidrogeni sedimenti

Fosforiti fosfatni talozi, biogenog porijekla važni za produktivnost oceana u zonama velike primarne produkcije

(?) djelomično skeletni ostaci, djelomično

nastaju remineralizacijom organskih ostataka karbonata

opća formula: Ca10(PO4CO3)6 F2-3

ekonomski važni (?) – P2O5

recentni fosforiti u Kaliforniji imaju oko 25% P2O5

fosilna ležišta na Floridi (miocen) i u zapadnoj Africi (eocen)

Raspored recentnih fosfata u sedimentu (Seibold i Berger, 2017)

Hidrogeni sedimenti Željezoviti talozi

anoksični uvjeti: pirit – FeS2

oksični uvjeti: Fe i Mn oksidi i hidroksidi

glaukonit – željezni tinjac (green claymineral) – u mikrookolišu na prijelazu anoksičnih u oksične okoliše (kućice foraminifera)

manganske (feromanganske) nodule duboki ocean u zonama spore

sedimentacije (1 bubnof) zone promjene redoks uvjeta blizu

površine sedimenta: Mn prelazi iz topivog (reduciranog) Mn2+ u oksidirani Mn4+; taloženje MnO2

asocirani drugi metali (Ni, Fe, Co, Cu, Pb, Ti, Mo,) – polimetalne nodule

konkrecije vs. nodule (?)

Presjek manganske nodule (The Open University press, 2001)

Hidrogeni sedimenti

Polje nodula u Tihom oceanu(www.mining-technology.com)

Raspored manganskih nodula u Tihom oceanu

(Piper i dr., 1985)

Literatura: Kennett, J.P. (1982): Marine Geology.

Prentice Hall, 813, str. Seibold, E., Berger, W.H. (2017): The

Sea Floor. An Introduction to Marine Geology – 4. izdanje. Berlin - New York: Springer-Verlag, 268 str.

Sverdrup, K., Duxbury, A.C.,Duxbury,A., (2004): An Introduction to the World's Oceans. Graw-Hill Education –Europe.