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Biogenic and lithogenic magnetic minerals in Atlantic and Pacific deep sea sediments and their paleomagnetic significance

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Geologische Rundschau Aims and scope Submit manuscript

Zusammenfassung

Die Träger der Magnetisierung von Tiefseesedimenten wurden mineralogisch, elektronenmikroskopisch und gesteinsmagnetisch untersucht. Magnetische Eindomänen (SD) und Pseudo-Eindomänen (PSD) Partikel, die für eine stabile remanente Magnetisierung wichtig sind, wurden als magnetische »Feinfraktion« von der magnetischen »Grobfraktion« abgetrennt. Die magnetische Grobfraktion besteht aus lithogenem Titanomagnetit und Magnetit die teilweise maghemitisiert sind und teilweise auch Ilmenit-Entmischungslamellen aufweisen. In regional unterschiedlichen Konzentrationen liegen sie frei im Sediment oder in silikatischer Matrix eingebettet vor. Die magnetische Feinfraktion besteht sowohl aus lithogenem Titanomagnetit und Magnetit, als auch aus biogenem Magnetit (Magnetofossilien = fossile bakterielle Magnetosomen); letzterer ist größtenteils maghemitisiert.

Es wird eine grafische Darstellungsmethode beschrieben, die anhand von Untersuchungen der anhysteretischen remanenten Magnetisierung (ARM) von Sedimentproben eine Charakterisierung der magnetischen Feinfraktion erlaubt. Es lassen sich dadurch drei Gruppen mit unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften unterscheiden, die durch drei Gruppen von ARM-Kurventypen charakterisiert sind.

Kurventyp A wird bei Sedimenten aus Tiefsee-Ebenen beobachtet. Die ARM-Daten sind nahezu identisch und zeigen ein Verhalten, wie es für Magnetofossilien typisch ist. Kurventyp B tritt bei Sedimenten aus dem Einzugsbereich vulkanischer Gebiete auf. Er zeigt eine größere Variation und die Form der Kurven spricht für ein System aus zwei lithogenen magnetischen Komponenten.

Kurventyp C gehört zu Sedimenten aus submarinen Rücken und dem Einzugsgebiet terrigener Schüttungen. Die Kurvenverläufe sind uneinheitlich und sprechen für ein magnetisches Mehrkomponenten-System mit Beteiligung von Magnetofossilien.

Abstract

The carrier of the natural magnetization of deep sea sediments was characterized by mineralogical, electron microscopic, and rock magnetic investigations. Magnetic single domain (SD) and pseudo single domain (PSD) particles which are most important for the stable remanent magnetization were separated from the magnetic »coarse fraction« and concentrated as magnetic »fine fraction«. The magnetic coarse fraction consists of lithogenic magnetite and titanomagnetite, which often contains exsolution-lamellae of ilmenite. Both minerals are partially maghematized and occur isolated in the sediment or embedded in rock particles, in regionally different concentrations. The magnetic fine fraction consists of lithogenic magnetite and titanomagnetite and biogenic magnetite (magnetofossils = fossil bacterial magnetosomes), the latter generally maghematized.

A graphical method is described which allows the classification and characterization of the magnetic fine fraction by demagnetization of the anhysteretic remanent magnetization (ARM) of whole sediment samples. Three groups with different magnetic properties can be distinguished, characterized by three ARM type-curves: Type A curves are associated with sediments from abyssal plaines. They show nearly identical ARM properties and are typical for magnetofossils.

Type B curves are produced by sediments from the vicinity of volcanic regions. Their shapes are variable to a certain degree and indicate two lithogenic magnetic phases.

Type C curves are found for sediments from submarine ridges and regions with input of terrigenous detritus. These curves have the largest deviations among each other indicating a magnetic multi-phase assemblage including magnetofossils.

Résumé

Les minéraux porteurs du magnétisme dans les sédiments de mer profonde ont été explorés par les méthodes de la minéralogie, de la microscopie électronique et du magnétisme des roches. Les particules qui correspondent à un domaine magnétique unique (SD) et pseudo-unique (PSD), significatives pour un magnétisme rénanent stable, ont été concentrées comme «fraction magnétique fine» après séparation de la «fraction magnétique grossière». Cette dernière consiste en magnétite et titanomagnétite lithogéniques, qui renferment souvent des lamelles d'exsolution d'ilménite. Ces deux minéraux sont partiellement maghémitisés; ils se présentent isolés ou inclus dans des fragments de roches, avec des concentrations régionales diverses. La fraction magnétique fine consiste en magnétite et titanomagnétite lithogéniques, ainsi qu'en magnétite biogénique (magnétofossile = magnétosome fossile bactérien), cette dernière ordinairement maghemitisée.

Les auteurs présentent une méthode graphique qui permet de caractériser la fraction magnétique fine à partir de l'examen du magnétisme rémanent anhystérique (ARM) de l'échantillon de sédiment. Cette méthode permet de distinguer trois groupes de propriétés magnétiques différentes, caractérisés par trois types de courbes ARM. Les courbes de type A caractérisent les sédiments de plaines abyssales; elles montrent des propriétés ARM presque identiques et sont typiques pour les magnétofossiles. Les courbes de types B sont fournies par les sédiments voisins des régions volcaniques; leurs formes varient dans une certaine mesure et indiquent un système à deux composants magnétiques lithogéniques. Les courbes de type C correspondent aux sédiments des crêtes sous-marines et des régions à apports terrigènes; ces courbes présentent entre elles des différences plus marquées, ce qui indique un système magnétique à composants multiples, comportant des magnétofossiles.

Краткое содержание

С помощью минералоги ческих, электронномикроско пических и магнитных методов и сследовали породы-носители магнитизма в глубоководных седи ментах. Магнитные домены (SD) и п севдодомены (PSD) частичек, важные для с табильного остаточн ого магнитизма, отделили в виде магни тной »мелкой фракции « от магнитной »грубой фракции«. Магнитная грубая фракция состо ит гл. обр. из титаномаг нетита и магнетита обломочн ого происхождения, ко торые частично намагничен ы и содержат прослойк и ильменита.

Они располагаются св ободно в седиментах, и ли в силикатных матрица х, причем их концентра ция проявляет локальные различия. Магнитная » мелкая фракция« состоит, как из кластигенного титаномагнетита и магнетита, так и из би огенного магнетита м агнито — фоссилий, именно, фос сильных магнетосом бактерий; последние б ольшей частью оказыв аются намагниченными.

Описана возможность построить графическ ие изображения на основании данных и сследования по ангистеретическому остаточному магнети зму (ARM) проб, которые разрешают оп исать и классифициро вать магнитную мелкую фракцию. При эт ом установлены три группы пород с раз личными магнитными с войствами, характеризующиеся т ремя группами кривых различных ARM. Кривая тип а А характеризует про бы, взятые с больших глуб ин. Данные здесь почти-что идентичны во всех про бах и проявляют повед ение, типичное для магнитофоссилий.

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Author notes

  1. H. Vali, G. Amarantidis, O. Förster & G. Morteani

    Present address: Lehrstuhl für Angewandte Mineralogie und Geochemie, Technische Universität München, Lichtenbergstraße 4, D-8046, Garching, FRG

  2. T. von Dobeneck & N. Petersen

    Present address: Institut für Allgemeine und Angewandte Geophysik, Ludwig-Maximilians-Universität München, Theresienstraße 41, D-8000, München 2, FRG

  3. L. Bachmann

    Present address: Institut für Technische Chemie, Technische Universität München, Lichtenbergstraße 4, D-8046, Garching, FRG

Authors and Affiliations

    Authors
    1. H. Vali
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    2. T. von Dobeneck
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    3. G. Amarantidis
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    4. O. Förster
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    5. G. Morteani
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    6. L. Bachmann
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    7. N. Petersen
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    Vali, H., von Dobeneck, T., Amarantidis, G. et al. Biogenic and lithogenic magnetic minerals in Atlantic and Pacific deep sea sediments and their paleomagnetic significance. Geol Rundsch 78, 753–764 (1989). https://doi.org/10.1007/BF01829320

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    • DOI: https://doi.org/10.1007/BF01829320

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