Redox conditions and depositional environment of the lower Jurassic Bächental bituminous marls (Tyrol, Austria)

Abstract

A suite of trace elements (TEs) characterized by an affinity to reducing environments, including molybdenum (Mo), uranium (U), vanadium (V), copper (Cu), and nickel (Ni), were used to investigate secular variations in environmental redox conditions during deposition of the Bächental bituminous marls (Bächentaler Bitumenmergel). These marls, which belong to the Sachrang Member of the Lower Jurassic Middle Allgäu Formation in the Northern Calcareous Alps, are subdivided on the basis of Al-normalized TE concentrations and concentration ratios into three units that correspond to major shifts in depositional redox conditions. The lower and upper units (Units 1 and 3, respectively) were deposited under suboxic to transiently anoxic conditions. The removal of TEs to the sediment was connected to siliciclastic input, diagenetic processes, and organic-matter accumulation in the sediment. In contrast, the middle unit (Unit 2) was characterized by intense anoxia as reflected in strong TE enrichments and peak total organic carbon (TOC) contents up to 13 %. Enrichment of TEs was linked mainly to adsorption onto organic matter in Unit 2, reflecting control of TE enrichment by the availability of an organic substrate. Comparison of inorganic and organic (e.g., pristane/phytane ratio, gammacerane index) geochemical proxies for environmental conditions permits detection of periods with elevated surface-water bioproductivity. A flourishing of algal and planktonic organisms contributed to the significant increase of TOC content at the base of Unit 2. This increase corresponds to the time-equivalent early Toarcian oceanic anoxic event characterized by the global occurrence of organic-rich sediments. Eine Auswahl an Spurenelementen (Mo, U, V, Cu, Ni), charakterisiert durch ihre Affinität zu reduzierenden Milieus, wurde verwendet um Variationen der vorherrschenden Redoxbedingungen während der Ablagerung der unterjurassischen Bächentaler Bitumenmergel (Sachrang-Member der Mittleren Allgäu-Formation in den Nordlichen Kalkalpen) zu untersuchen. Die Bitumenmergelabfolge wurde auf Basis dieser Spurenelementdaten in drei Einheiten unterteilt. Anorganisch-geochemische Parameter reflektieren wechselnde Umweltbedingungen während der Ablagerung der Bitumenmergel. Der untere und der obere Bereich (Units 1 und 3) der Bachentaler Bitumenmergel wurden unter suboxischen bis teils anoxischen Bedingungen abgelagert. Die Anreicherung der Spurenelemente im Sediment erfolgte durch siliziklastischen Eintrag, diagenetische Prozesse und Akkumulation von organischem Material. Maximalgehalte an Spurenelementen und von organischem Detritus (bis zu 13 %) bestätigen durchgehend anoxische Bedingungen wahrend der Ablagerung des Mittelteils des Profils (Unit 2). Die Fixierung der Spurenelemente im Sediment erfolgte in diesem Bereich ausschliesßlich durch Adsorption an organischem Material. Folglich war die Verfügbarkeit von organischem Material der limitierende Faktor für die Spurenelementanreicherung. Der Vergleich der anorganisch-geochemischen und organisch-geochemischen (Pristan/Phytan-Verhältnis, Gammaceran Index) Parameter ermöglicht die Identifizierung von Perioden mit erhöhter Bioproduktivitat. Demnach hat ein Aufblühen von algalen und planktonischen Organismen zu den signifikant hohen Gehalten an organischem Material an der Basis von Unit 2 beigetragen. Dieses Intervall entspricht dem Zeitraum des ozeanischen anoxischen Ereignisses des Unteren Toarciums, welches durch weltweites Auftreten von organisch-reichen Sedimenten charakterisiert wird.