This study investigated the warm-temperate to tropical shallow-water Miocene carbonates of the Perfugas basin (Anglona area), northern Sardinia, Italy (Central Mediterranean). The aim of this study was to identify and document the existence and significance of early diagenesis in this carbonate system, especially the diagenetic history, which reflects the diagenetic potential in terms of skeletal mineralogy. The motivation behind the present study was to investigate the role that early cementation has over facies stabilization linked to differences in biotic associations in shallow-water settings. Principal to this was to unravel the amount, kind and distribution of early cements in this type of carbonates, in order to complement previous studies, and hence acquire a more global perspective on non-tropical carbonate settings. The shallow-buried Sedini Limestone Unit was investigated for variations on early diagenetic features, as well as for the type of biotic association, and oxygen and carbon stable isotope stratigraphy. Results showed, that particularly at the Perfugas basin (< 15 km2), which evolves in time from a ramp into a steep-flanked platform, shallow-water facies are characterized by a “transitional” type of biotic association. The biotic assemblages change gradually over time from a heterozoan-rich into a photozoan-rich depositional system. This transition implies a change in the depositional environmental control factors such as temperature. It is considered that sedimentation took place under warm-temperate waters, which shifted to more warmer or tropical waters through time. Moreover, it was noticed that along with these changes, marine early syn-depositional cements (high-Mg calcite), with particular fabrics (e.g. fibrous), gradually contributed to the early lithification of rocks, favoring a steepening of the platform relief. The major controls for the shift of the depositional geometry was triggered by the change of the type of biotic associations (carbonate factory), related with the shift towards warmer conditions, and the development of early marine cementation. The identification of the amount and distribution of different cement phases, porosities and early diagenetic features, within facies and stratigraphy, showed that diagenesis is differential along depth, and within the depositional setting. High-Mg calcite cements (micrite, fibrous and syntaxial inclusion-rich) are early syn-depositional, facies-related (shallow-water), predominant at the platform phase, and marine in origin. Low-Mg calcite cements (bladed, syntaxial inclusionpoor and blocky) are early to late post-depositional, non-facies related (shallow- to deep-water) and shallow-burial marine in origin. However, a particular difference exists when looking at the amount and distribution of low-Mg calcite bladed cements. They become richer in shallow-water facies at the platform phase, suggesting that the enrichment of bladed cementation is linked to the appearance of metastable grains (e.g. aragonite). In both depositional profiles, the development of secondary porosity is the product of fabric-selective dissolution of grains (aragonite, high-Mg calcite) and/or cements (syntaxial inclusion-rich). However, stratigraphy and stable isotopes (oxygen and carbon), indicate that the molds found at shallower facies located beneath, and close to stratigraphic boundaries, have been produced by the infiltration of meteoric-derived water, which caused recrystallization without calcite cementation. Away from these stratigraphic locations, shallow- and deep-water facies show molds, and recrystallization, as well as low-Mg calcite cementation, interpreted as occurring during burial of these sediments by marine waters. The main cement source is suggested to be aragonite. Our results indicate that the Sedini Limestone Unit was transformed in three different diagenetic environments (marine, meteoric and shallow-burial marine); however, the degree of transformation in each diagenetic environment differs in the heterozoan-dominated ramp from the photozoan-dominated platform. It is suggested that the sediments from the ramp follow a diagenetic pathway similar to their heterozoan counterparts (i.e. lack of marine cementation, and loss of primary porosity by compaction), and the sediments from the platform follow a diagenetic pathway similar to their photozoan counterparts (i.e. marine cementation occluding primary porosity). However, in this carbonate setting, cements are Mg-calcite, no meteoric cementation was produced, and secondary porosity at shallow-water facies of the platform phase is mostly open and preserved. Despite the temporal and transitional change in biotic associations, ramp and platform facies (shallow- to deep-water facies) showed an oxygen isotope record overprinted by diagenesis. Oxygen primary marine signatures were not found. It is believed that burial diagenesis (recrystallization and low-Mg calcite cementation) was the main reason. This was unexpected at the ramp, since heterozoan-rich carbonates can hold isotope values close to primary marine signals due to their low-Mg calcite original composition. Ramp and platform facies (shallow- to deep-water facies) showed a carbon isotope record that was less affected by diagenesis. However, only at deep-water facies, did the carbon record show positive values comparable with carbon primary marine signals. The positive carbon values were noticed with major frequency at the platform deep-water facies. Moreover, these values usually showed a covariant trend with the oxygen isotope record; even that the latter did not hold positive values. The main conclusion of this work is that carbonates, deposited under warm-temperate to tropical conditions, have a unique facies, diagenesis and chemostratigraphic expression, which is different from their cool-water heterozoan or warm-water photozoan counterparts, reflecting the “transitional” nature of biotic association. / Diese Arbeit befasst sich mit den warmen bis tropischen miozänen Flachwasserkarbonaten des Perfugas Beckens (Region Anglona) im nördlichen Sardinien, Italien. Ziel dieser Arbeit war es, die Existenz und Signifikanz der frühen Diagenese in diesem Karbonatsystem zu identifizieren und zu dokumentieren. Die Geschichte der Verfestigung reflektiert dabei das diagenetische Potential, welches von der Mineralogie der Grundgerüste ehemaliger Lebewesen abhängig ist. Die Motivation bestand darin, die frühe Zementation der Karbonate zu beschreiben, da sie eine wesentliche Rolle bei der Faziesstabilisierung spielt wenn diese durch unterschiedliche biotische Verbindungen im Flachwasser aufgebaut wurde. Der Fokus dieser Studie liegt bei der Trennung von Menge, Art und Verteilung der frühen Zemente in Karbonaten. Frühere Arbeiten wurden ergänzt und zusammen gefasst, um eine globale Übersicht bezüglich nicht tropischer karbonatischer Milieus zu erlangen. Die flach abgelagerte Einheit der Sedini Karbonate wurde unter multiplen Gesichtspunkten z.B. früher diagenetischer Strukturen, biotischer Gesellschaften sowie durch Messungen stabiler Isotope an Sauerstoff und Kohlenstoff untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass das Perfugas Becken (< 15 km2), welches sich von einer Rampe zu einem, von steilen Flanken begrenzten, Plateau entwickelte und sich durch eine Flachwasserfazies auszeichnet, die auf eine “Übergangsart” der biotischen Gemeinschaft hinweist. Diese Gemeinschaft veränderte sich allmählich von einem heterozoischen zu einem photozoischen Ablagerungssystem. Diese Verschiebung impliziert einen Wechsel der Faktoren, wie der Temperatur, die das Ablagerungsmilieu beeinflussen. Es wird angenommen, dass die Sedimentation in warmen Gewässern stattfand, welche sich bis hin zu tropischen Temperaturen kontinuiertlich erwärmten. Es ist bekannt, dass sich parallel zu diesen marinen Veränderungen frühe Mg- reiche kalzitische Zemente bildeten, die ein ausgeprägtes z.T. faseriges Gefüge zeigen. Diese unterstützen die frühe Verfestigung der Kalke und ermöglichen eine Versteilung des Reliefs der Plattform. Die hauptsächlichen Faktoren, die eine Verschiebung der Ablagerungsumgebung hervorriefen, wurden durch die Veränderung der biotischen Gesellschaft und durch die Entwicklung früher Zemente aufgezeichnet, die wiederum mit der Erwärmung des Habitats zusammenhängen. Die Identifizierung der Menge und Verteilung der verschiedenen Zementphasen, der Porosität und der frühen diagenetischen Elemente in Fazies und Stratigraphie zeigen, dass die Verfestigung mit zunehmender Tiefe und innerhalb des Ablagerungsareals variiert. Mg- reiche kalzitische Zemente (mikritisch, faserig, syntaxial einschlussreich) wurden im frühen, marinen Stadium während der Ablagerung gebildet. Mg- arme kalzitische Zemente (blättrig, syntaxial einschlussarm, blockig) entstanden nach der Ablagerung im flachen bis tiefen marinen Wasser z.T. unter überlagernden Einheiten. Ein offensichtlicher Unterschied existiert bei Menge und Verteilung von Mg-armen, blättrigen Zementen. Sie werden in der Flachwasserfazies innerhalb der Plattformphase häufiger, was mit dem Auftreten metastabiler aragonitischer Körner zusammen fällt. In beiden Ablagerungsprofilen ist die Entwicklung der Sekundärporosität das Produkt einer gefügeabhängigen Auflösung der Körner (aragonit, Mg-reiche Kalzite) und/oder der Zemente (syntaxial einschlussreich). Stratigraphie und stabile Isotope (Sauerstoff, Kohlenstoff) zeigen jedoch, dass sich Abdrücke in der Flachwasserfazies finden lassen, die sich zwischen und in der Nähe der stratigraphischen Grenze befinden. Die Abdrücke entstanden durch Infiltration von meteorischen Wässern, was zu Rekristallisation ohne kalzitische Verfestigung führte. Fernab dieser stratigraphischen Lokalitäten, zeigen Flach- und Tiefwasserfazien Abdrücke, Rekristallisationen und Mg-arme kalzitische Zemente die offensichtlich durch Überlagerung dieser Sedimente in marinen Gewässern entstanden sind. Als Hauptzementkomponent wird Aragonit angenommen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Sedini Kalksteineinheit in drei verschiedene diagenetische Umgebungen umstrukturiert wurde (marin, meteorisch, flach überlagert). Der Grad der Umwandlung in den einzelnen diagenetischen Umgebungen unterscheidet sich von der heterozoisch dominierten Rampe zur photozoisch dominierten Plattform. Es wird angenommen, dass die Sedimente der Rampe einem diagenitischen Pfad folgen, der ähnlich des heterozoischen Gegenstücks verläuft (z.B. Fehlen der marinen Zementation, Verlust primärer Porosität durch Kompaktion). Die Plattformsedimente folgen einer diagenetischen Abfole ähnlich ihrer photozoischen Pendants (z.B. marine Zementation welche die primäre Porosität). In diesem Karbonatumfeld sind die Zemente Mg-reich und nicht meteorische verfestigt. Eine sekundäre Porosität der Flachwasserfazien in der Plattformphase ist offen und gut erhalten. Trotz der temporären und vorübergehenden Wechsel in den biotischen Vergesellschaftungen, in den Flachwasserfazien von Rampe und Plattform wie in den Tiefwasserfazien der Rampen, sind Signale in den Sauerstoffisotopen erkennbar, wenn diese auch durch von der Diagenese überdeckt. In diesen Fazien wurden keine primären, marinen Sauerstoffisotopien gefunden. Es wird angenomen, dass die erfolgte überdeckt Diagenese (rekristallisation, Mg-arme kalzitische Zementation) der Hauptgrund dieser fehlenden Isotopensignale darstellen. Dies war an der Rampe unerwartet, da heterozoen-reiche Karbonate primäre, marine Isotopenwerte speichern können, welches aufgrund ihrer Mg-armen Zusammensetzung ermöglicht wird. Das Kohlenstoffisotopensignal der unterscheidlichen Fazien von Rampe und Plattform, zeigten sich weniger von der Diagenese betroffen. Nur in den Tiefwasserfazien zeigte das Kohlenstoffsignal positive Werte, vergleichbar mit primären, marinen Signalen. Die positiven Kohlenstoffwerte wurden an den Plattformtiefenwasserfazien mit größter Häufighkeit registriert. Diese Werte zeigten in der Regel einen kovarianten Trend mit dem Sauerstoffisotopensignal, sogar wenn letzterer keine positiven Werte enthielt. Die Schlussfolgerung aus dieser Arbeit ist, dass Karbonate welche unter warmen bis tropischen Verhältnissen abgelagert wurden, eine einmalige Faziesgenese und chemische Stratigraphie aufweisen. Diese ist unterschiedlich zu ihren heterozoischen Kaltwasser oder ihren photozoischen Gegenstücken aus wärmeren Wässern. Dies wiederum reflektiert gut das “transitionale” Wesen einer biotischen Gesellschaft.

The East African Plateau provides a spectacular example of geodynamic plateau uplift, active continental rifting, and associated climatic forcing. It is an integral part of the East African Rift System and has an average elevation of approximately 1,000 m. Its location coincides with a negative Bouguer gravity anomaly with a semi-circular shape, closely related to a mantle plume, which influences the Cenozoic crustal development since its impingement in Eocene-Oligocene time. The uplift of the East African Plateau, preceding volcanism, and rifting formed an important orographic barrier and tectonically controlled environment, which is profoundly influenced by climate driven processes. Its location within the equatorial realm supports recently proposed hypotheses, that topographic changes in this region must be considered as the dominant forcing factor influencing atmospheric circulation patterns and rainfall distribution. The uplift of this region has therefore often been associated with fundamental climatic and environmental changes in East Africa and adjacent regions. While the far-reaching influence of the plateau uplift is widely accepted, the timing and the magnitude of the uplift are ambiguous and are still subject to ongoing discussion. This dilemma stems from the lack of datable, geomorphically meaningful reference horizons that could record surface uplift. In order to quantify the amount of plateau uplift and to find evidence for the existence of significant relief along the East African Plateau prior to rifting, I analyzed and modeled one of the longest terrestrial lava flows; the 300-km-long Yatta phonolite flow in Kenya. This lava flow is 13.5 Ma old and originated in the region that now corresponds to the eastern rift shoulders. The phonolitic flow utilized an old riverbed that once drained the eastern flank of the plateau. Due to differential erosion this lava flow now forms a positive relief above the parallel-flowing Athi River, which is mimicking the course of the paleo-river. My approach is a lava-flow modeling, based on an improved composition and temperature dependent method to parameterize the flow of an arbitrary lava in a rectangular-shaped channel. The essential growth pattern is described by a one-dimensional model, in which Newtonian rheological flow advance is governed by the development of viscosity and/or velocity in the internal parts of the lava-flow front. Comparing assessments of different magma compositions reveal that length-dominated, channelized lava flows are characterized by high effusion rates, rapid emplacement under approximately isothermal conditions, and laminar flow. By integrating the Yatta lava flow dimensions and the covered paleo-topography (slope angle) into the model, I was able to determine the pre-rift topography of the East African Plateau. The modeling results yield a pre-rift slope of at least 0.2°, suggesting that the lava flow must have originated at a minimum elevation of 1,400 m. Hence, high topography in the region of the present-day Kenya Rift must have existed by at least 13.5 Ma. This inferred mid-Miocene uplift coincides with the two-step expansion of grasslands, as well as important radiation and speciation events in tropical Africa. Accordingly, the combination of my results regarding the Yatta lava flow emplacement history, its location, and its morphologic character, validates it as a suitable “paleo-tiltmeter” and has thus to be considered as an important topographic and volcanic feature for the topographic evolution in East Africa. / Das Ostafrikanische Plateau ist ein eindrucksvolles Beispiel für aktive, kontinentale Grabenbildung, aber auch für geodynamische Hochebenenbildung mit weitreichendem klimatischen Einfluss auf die gesamte Region. Als integraler Bestandteil des Ostafrikanischen Grabensystems beläuft sich die mittlere Höhe des Plateaus auf durchschnittlich 1000 m ü.NN. Seine Lage korreliert gut mit der Präsenz einer halbkreisförmigen negativen Bouguer-Schwereanomalie, die an den Aufstieg eines Manteldiapirs im Untergrund gekoppelt ist. Dieser prägte die känozoische Krustenentwicklung seit seinem Aufstieg im Eozän-Oligozän. Die Hebungsgeschichte und topographische Entwicklung des Hochlandes steht seither in enger Beziehung zum einsetzenden Vulkanismus, der Bildung erster Abschiebungssysteme und führte schließlich zur Entwicklung des heutigen Vollgrabensystems. Neueste Hypothesen lassen den Schluss zu, dass topographische Veränderungen als dominierende Einflussgrößen atmosphärischer Zirkulationsmuster sowie der regionalen Niederschlagsverbreitung anzusehen sind. Zusätzlich werden diese Prozesse durch die äquatoriale Lage des Ostafrikanischen Plateaus verstärkt und die Hebung dieser Region oft mit wichtigen Klima- und Umweltveränderungen in Ostafrika und angrenzende Gebiete in Verbindung gebracht. Während der weitreichende klimatische Einfluss des Hochlandes größtenteils akzeptiert ist, sind Zeitpunkt und Ausmaß seiner Heraushebung nicht eindeutig bestimmt und daher noch immer Grundlage bestehender Diskussionen. Diese Zwangslage hat ihre Ursache im Fehlen aussagekräftiger und datierbarer Referenzhorizonte. Um den Hebungsbetrag zu quantifizieren und Beweise signifikanten Reliefs vor der Entwicklung des Grabensystems entlang des Ostafrikanischen Hochlandes zu erbringen, analysierte und modellierte ich einen der längsten terrestrischen Lavaströme. Dieser vor 13,5 Ma abgelagerte Yatta-Lavastrom hat mit 300 km Länge seinen Ursprung in der Region der heutigen östlichen Grabenschulter des zentralen Kenia-Rifts. Die phonolitische Lava ergoss sich entlang eines Flussbettes, das einst die östliche Flanke des Hochlandes entwässerte. Aufgrund unterschiedlicher Erosionspotentiale bildet der Lavastrom gegenwärtig ein positives Relief und befindet sich oberhalb des Athi Flusses, der parallel zum Paläofluß, und somit versetzt zu seinen früheren Verlauf, strömt. Mein Ansatz der Lavastrom-Modellierung basiert auf einer Methode, die das Fließverhalten einer beliebigen Lava in Abhängigkeit von Temperatur und Magmenzusammensetzung in einem rechtwinkligen Kanal berechnet. Die wesentlichen Wachstumsmuster des Lavastroms sind durch ein eindimensionales Modell beschrieben, wobei Newtonsches Fließverhalten im Innern hinter der Lavastromfront von der zeitlichen Entwicklung der Viskosität und/oder der Fließgeschwindigkeit bestimmt wird. Vergleiche meiner Resultate mit verschiedenen Magmenzusammensetzungen zeigen, dass sich lange, kanalisierte Lavaströme mit hohen Ergussraten und schneller Platznahme bilden können. Dies geschieht unter annähernd isothermalen Bedingungen und erfordert laminares Fließen. Die Integration der Yatta- Lavastrom-Dimensionen und der bedeckten Paläotopographie (Neigungswinkel) in das Modell, erlaubte es mir die Topographie des Ostafrikanischen Hochlandes vor der Grabenbildung zu modellieren. Das Ergebnis der Modellierung ergibt einen Neigungswinkel von mindestens 0,2° und impliziert, dass der Lavastrom seinen Ursprung in einer Höhe von mindestens 1400 m ü.NN gehabt haben muss. Somit existierte bereits vor 13,5 Ma hohe Topographie in der heutigen Region des zentralen Kenia-Rifts. Diese abgeleitete regionale Hebungsgeschichte im mittleren Miozän korreliert mit der zweistufigen Ausbreitung der Graslandschaften, sowie dem Aufkommen neuer Arten im tropischen Afrika. Die Kombination aus Fließverhalten, Entstehungsort und morphologischer Eigenschaften macht den Yatta-Lavastrom zu einem “Paläoneigungsmesser” und wichtigen vulkanischen Untersuchungsobjekt für die topographische Entwicklung in Ostafrika.

Diagenetic studies of carbonate rocks focused for a long time on photozoan carbonate assemblages deposited in tropical climates. The results of these investigations were taken as models for the diagenetic evolution of many fossil carbonates. Only in recent years the importance of heterozoan carbonates, generally formed out of the tropics or in deeper waters, was realized. Diagenetic studies focusing on this kind of rocks are still scarce, but indicate that the diagenetic evolution of these rocks might be a better model for many fossil carbonate settings ("calcite-sea" carbonates) than the photozoan model used before.<br><br> This study deals with the determination of the diagenetic pathways and environments in such shallow-water heterozoan carbonate assemblages. Special emphasis is put on the identification of early, near-seafloor diagenetic processes and on the evaluation of the amount of constructive diagenesis in form of cementation in this diagenetic environment.<br><br> As study area the Central Mediterranean, the Maltese Islands and Sicily, was chosen. Here two sections were logged in Olio-Miocene shallow-water carbonates consisting of different kinds of heterozoan assemblages. The study area is very suitable for the investigation of constructive early diagenetic processes, as the rocks were never deeply buried and burial diagenetic pressure solution and cementation as cause of lithification could be ruled out. Nevertheless, the carbonate rocks are well lithified and form steep cliffs, implying cementation/lithification in another, shallower diagenetic environment. To determine the diagenetic pathways and environments, detailed transmitted light and cathodoluminescence petrography was carried out on thin sections. Furthermore the stable isotope (δ¹⁸O and δ¹³C) composition of the bulk rock, single biota and single cement phases was determined, as well as the major and trace element composition of the single cement phases.<br><br> Petrographically three (Sicily) to four (Maltese Islands) cementation phases, two phases of fabric selective and one of non-fabric selective dissolution, one phase of neomorphism and one of chemical compaction could be distinguished. The stable isotope measurements of the single cement phases pointed to cement precipitation from marine, marine-derived and meteoric waters. The trace element analysis indicated precipitation under reducing conditions, (A) in an open system with low rock-water interaction on the Maltese Islands and (B) in a closed system with high rock-water interaction on Sicily. For the closed systems case, aragonite as cement source could be concluded because its chemical composition was preserved in the newly formed cements.<br><br> By integrating these results, diagenetic pathways and environments for the investigated locations were established, and the cement source(s) in the different environments were determined. The diagenetic evolution started in the marine environment with the precipitation of fibrous/fibrous-bladed and epitaxial cement I. These cements formed as High Mg Calcite (HMC) directly out of marine waters. The paleoenvironmentally shallowest part of the section on the Maltese Islands was also exposed to meteoric diagenetic fluids. This meteoric influence lead to the dissolution of aragonitic and HMC skeletons, which sourced the cementation by Low Mg Calcitic (LMC) epitaxial cement II in this part of the Maltese section. Entering the burial-marine environment the main part of dissolution, cementation and neomorphism started to take place. The elevated CO2 content in this environment, caused by the decay of organic matter, lead to the dissolution of aragonitic skeletons, which sourced the cementation by LMC epitaxial cement II, bladed and blocky cements. The earlier precipitated HMC cement phases were either partly dissolved (epitaxial cement I) or neomorphosed to LMC (fibrous/fibrous-bladed and epitaxial cement I). In the burial environment weak chemical compaction took place without sourcing significant amounts of cementation. In a last phase the rocks entered the meteoric realm by uplift, which caused non-fabric selective dissolution. This study shows that early diagenetic processes, taking place at or just below the sediment-water-interface, are very important for the mineralogical stabilization of heterozoan carbonate strata. The main amount of constructive diagenesis in form of cementation takes place in this environment, sourced by dissolution of aragonitic and, to a lesser degree, of HMC skeletons.<br><br> The results of this study imply that the primary amount of aragonitic skeletons in heterozoan carbonate sediments must be carefully assessed, as they are the main early diagenetic cement source. In fossil heterozoan carbonate rocks, aragonitic skeletons might be the cement source even when no relict structures like micritic envelops or biomolds are preserved. In general, the diagenetic evolution of heterozoan carbonate rocks is a good model for the diagenesis of "calcite-sea" time carbonate rocks. / Diagenetische Untersuchungen an Karbonatgesteinen beschränkten sich lange Zeit auf photozoische Karbonatvergesellschaftungen der tropischen Breiten. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen wurden als modellhaft für den Diageneseverlauf vieler Karbonatgesteine angesehen. Erst in den letzten Jahren wurde die Bedeutung heterozoischer Karbonatvergesellschaften, die sich im Allgemeinen außerhalb der Tropen oder in tieferem Wasser bilden, erkannt. Diagenetische Untersuchungen an dieser Art von Karbonatgesteinen sind immer noch selten, deuten aber an, dass der Diageneseverlauf in diesen Karbonaten ein besseres Model für viele fossile Karbonatgesteine ("Calcit-Meer"-Karbonate) darstellt als das bisher benutzte photozoische Diagenesemodel. Ziel dieser Studie war die Bestimmung des Diageneseverlaufs in solch flachmarinen Karbonaten mit heterozoischer Biogenvergesellschaftung. Die Milieus, in denen die diagenetischen Veränderungen stattfanden, sollten bestimmt werden. Besonderes Augenmerk lag auf der Art und Menge von Veränderungen, die frühdiagenetisch, nahe dem Meeresboden, stattfanden. Dabei war vor allem der Anteil an konstruktiver Diagenese in Form von Zementation von Interesse.<br><br> Das Arbeitsgebiet wurde im zentralen Mittelmeerraum gewählt und befindet sich auf den Maltesischen Inseln und Sizilien. Hier wurden zwei Profile in Flachwassserkarbonaten oligo-miozänen Alters aufgenommen, die sich aus unterschiedlichen heterozoischen Biogenvergesellschaftungen zusammensetzen. Dieses Arbeitsgebiet ist für die Untersuchung konstruktiver frühdiagenetischer Prozesse besonders geeignet, da die Gesteinsabfolgen niemals tief versenkt wurden und versenkungsdiagenetisch bedingte Drucklösung und Zementation als Ursache für die Lithifizierung ausgeschlossen werden können. Trotzdem sind die untersuchten Karbonatgesteine gut verfestigt und bilden steile Kliffs, was auf Zementation/Verfestigung in einem anderen, flacheren Diagenesemilieu hinweist. Zur Bestimmung der Diageneseabfolge und der diagenetischen Milieus wurden detaillierte petrographische Untersuchungen im Durchlicht und mit Kathodolumineszenz an Dünnschliffen durchgeführt. Außerdem wurden die Verhältnisse der stabilen Isotope δ¹⁸O und δ¹³C am Gesamtgestein, an einzelnen Biogenen und an einzelnen Zementphasen bestimmt. Die Haupt- und Spurenelement Zusammensetzung (Ca, Mg, Fe, Mn und Sr) wurde an den einzelnen Zementphasen ermittelt.<br><br> Petrographisch lassen sich drei (Sizilien), beziehungsweise vier (Maltesische Inseln) Zementationsphasen, zwei Phasen von materialabhängiger und eine Phase von materialunabhängiger Lösung, sowie eine Phase von Neomorphismus und eine chemische Kompaktionsphase unterscheiden. Die Messungen der stabilen Isotopenverhältnisse an den einzelnen Zementphasen deuten auf Zementausfällung aus marinen und meteorischen Wässern sowie aus Fluiden marinen Ursprungs hin. Die Spurenelementanalyse lässt außerdem auf Zementausfällung unter reduzierenden Bedingungen schließen. Diese fand einerseits, im Falle der Maltesischen Inseln, in einem offenen System mit geringer Gesteins-Wasser-Interaktion, andererseits, im Falle von Sizilien, in einem geschlossenen System mit großer Gesteins-Wasser-Interaktion statt. Bei der Zementation in einem geschlossenen System konnte Aragonit als Zementquelle bestimmt werden, da seine charakteristische chemische Zusammensetzung im neu gebildeten Zement erhalten blieb.<br><br> Durch die Integration aller Ergebnisse konnten für die beiden Lokalitäten die Diageneseabfolgen und die diagenetischen Milieus sowie die Zementquelle(n) in diesen Milieus bestimmt werden. Die diagenetische Entwicklung begann im marinen Milieu mit der Ausfällung von fibrösem bis fibrös-blättrigem und epitaxialem Zement I. Diese Zemente wurden als Hoch Magnesium Calcit (HMC) direkt aus marinem Wasser ausgefällt. Die paläogeographisch flachsten Abschnitte des Profils auf den Maltesischen Inseln gelangten dann unter den Einfluss meteorischer Wässer. Dieser meteorische Einfluss führte zur Lösung von aragonitischen und HMC Schalen, was die Zementation mit Niedrig (Low) Magnesium Calcitischem (LMC) epitaxialem Zement II in diesem Profilabschnitt speiste. Im marinen Versenkungsmilieu fand anschließend der Hauptteil an Lösung, Zementation und Neomorphismus statt. Der erhöhte CO2-Gehalt in diesem Milieu, verursacht durch den Zerfall von organischem Material, führte zur Lösung von aragonitischen Schalen, was die Zementation mit LMC epitaxialem Zement II, blättrigem und blockigem Zement speiste. Die vorher ausgefällten HMC Zementphasen wurden entweder teilweise gelöst (epitaxialer Zement I) oder in LMC umgewandelt (fibrös/fibrös-blättriger und epitaxialer Zement I). Im versenkungsdiagenetischen Milieu fand anschließend geringe chemische Kompaktion statt, ohne aber die Ausfällung von größeren Mengen an Zement zu speisen. In einer letzten Phase gelangten die Gesteine durch Hebung wieder ins meteorische Milieu, was materialunabhängige Lösungserscheinungen verursachte. Diese Untersuchung zeigt, dass frühdiagenetische Prozesse, die an der Sediment-Wasser-Grenzfläche oder knapp darunter stattfinden, sehr wichtig für die mineralogische Stabilisierung von heterozoischen Karbonatabfolgen sind. Der Hauptteil der konstruktiven Diagenese in Form von Zementation findet in diesem Milieu statt, gespeist durch die Lösung von aragonitischen und, zu einem geringern Teil, HMC Schalen.<br><br> Die Ergebnisse dieser Studie implizieren, dass der ursprünglich vorhandene Anteil an aragonitischen Schalen in heterozoischen Karbonatsedimenten sehr sorgfältig bestimmt werden muss, da diese Schalen die wichtigste frühdiagenetische Zementquelle darstellen. In fossilen heterozoischen Karbonatgesteinen können aragonitische Schalen die wichtigste Zementquelle darstellen, auch wenn keine Reliktstrukturen wie mikritische Hüllen oder Biomolds erhalten geblieben sind. Im Allgemeinen stellt der Diageneseablauf in heterozoischen Karbonaten ein gutes Modell für die Diagenese von "Calcit-Meer"-Karbonatgesteinen dar.

Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden die Hangkarbonate von zwei miozänen heterozoischen Karbonatsystemen näher untersucht: die Malta Inselgruppe (zentrales Mittelmeer) und das Marion Plateau (Nordost Australien, ODP Leg 194). Die Auswirkungen der mittelmiozänen Abkühlung (Mi3), die auf 13.6 Ma datiert wird und starken Einfluß auf die Sauerstoffisotopenkurve hatte, in den oben genannten Flachwassersystemen stellten das Ziel dieser Arbeit dar. Dieses Abkühlungsereignis beeinflußte außerdem sehr stark die ozeanographischen und klimatischen Muster, die im weiteren Verlauf zum modernen Eishausklima führten. So steht insbesondere die Vereisung von Ostantarktika mit diesem Ereignis in Verbindung. Diese Arbeit untersucht den Einfluß dieses Ereignisses auf Flachwassersysteme, um vorliegende Untersuchungen in Tiefwassersystemen zu ergänzen und so zum globalen Verständnis des miozänen Klimawechsels beizutragen.<br /> <br /> Die Profile auf der Maltainselgruppe wurden mit Hilfe von Kohlenstoff- und Sauerstoffisotopen Auswertungen im Gesamtgestein, Gesamtgesteinmineralogie, Tonmineralanalyse und organischer Geochemie untersucht. Durch einen Wechsel von karbonatischeren zu tonigeren Sedimenten beeinflußte das mittelmiozäne Abkühlungsereignis die Sedimentation in diesem Gebiet sehr stark. Weiterhin wurde beobachtet, daß jede Phase der antarktischen Vereisung, nicht nur das mittelmiozäne Hauptereignis, zu einem erhöhten terrigenen Eintrag in den Hangsedimenten der Maltainselgruppe führte. Akkumulationsraten zeigen, daß dieser erhöhte terrigene Eintrag den einzelnen Vereisungsperioden zusammenhängt und die karbonatischen Sedimente durch tonreiche Sedimente &ldquo;verunreinigt&rdquo; wurden. Das daraufhin entwickelte Modell erklärt diesen erhöhten terrigenen Eintrag mit einer nordwärtigen Verlagerung der innertropischen Konvergenzzone durch die Bildung von kalten, dichten Luftmassen, die zu verstärkten Niederschlägen in Nordafrika führten. Diese verstärkten Niederschläge (oder verstärkter afrikanischer Monsun) beeinflußten die kontinentale Verwitterung und den Eintrag, mit der Folge, daß verstärkt terrigene Sedimente im Bereich der Hangsedimente der Maltainselgruppe abgelagert wurden. Die tonreichen Intervalle weisen Ähnlichkeiten zu sapropelischen Ablagerungen auf, was mit Hilfe der Spektral analyse des Karbonatgehalts und der geochemischen Analyse des organischen Materials gezeigt wurde. <br /> <br /> Auf dem Marion Plateau wurden die Sauerstoff- und Kohlenstoffisotopenkurven anhand von Foraminiferen der Gattung Cibicidoides spp. rekonstruiert. Der Karbonatgehalt wurde mit Hilfe einer chemischen Methode (Coulometer) ermittelt. Genauso wie die Sedimente der Maltainselgruppe beeinflußte das mittelmiozäne Abkühlungsereignis (Mi3) auch die Sedimente auf dem Marion Plateau. So kam es bei 13,8 Ma, in etwa zur Zeit der Vereisung von Ostantarktika, zu einem Abfall der Karbonatakkumulationsraten. Weiterhin traten Änderungen in der Zusammensetzung der Sedimente auf, so nehmen neritische Karbonatfragmente ab, der planktische Foraminiferengehalt nimmt zu und es wurden verstärkt Quarz und Glaukonit abgelagert. Ein überraschendes Ergebnis ist die Tatsache, daß der große N12-N14 Meeresspiegelabfall um 11,5 Ma die Akkumulationsraten der Karbonate auf dem Hang nicht beeinflußte. Dieses Ergebnis ist umso erstaunlicher, da Karbonatplattformen normalerweise sehr sensitiv auf Meeresspiegeländerungen reagieren. Der Grund, warum sich die Karbonatakkumulationsraten schon um 13,6 Ma (Mi3) und nicht erst um 11,5 Ma (N12-N14) verringerten, liegt in der Tatsache, daß die ozeanischen Strömungen die Karbonatsedimentation auf dem Hang des Marion Plateau schon im Miozän kontrollierten. Das mittelmiozäne Ereignis (Mi3) erhöhte die Stärke diese Strömungen und als eine Ursache wurde die Karbonatakkumulation auf den Hängen reduziert. Die Amplitude des N12-N14 Meeresspiegelabfalls liegt bei 90 m unter der Berücksichtigung der Sauerstoffisotopendaten aus der Tiefsee und Berechnungen des Meeresspiegels anhand des &ldquo;coastal onlaps&rdquo;, die während Leg 194 gemacht wurden. Die Isotopendaten dieser Arbeit weisen hingegen auf einen verringerten Meeresspiegelabfall von 70 m hin.<br /> <br /> Als allgemeine Schlußfolgerung kann gesagt werden, daß der mittelmiozäne Klimaumschwung die Karbonatsysteme zumindest an den beiden untersuchten Lokalitäten beeinflußt hat. Allerdings waren die Auswirkungen sehr von den unterschiedlichen lokalen Gegebenheiten abhängig. Insbesondere wirkten sich die Anwesenheit einer Landmasse (Malta) und die Abwesenheit einer Barriere vor den Einflüssen des offenen Ozeans (Marion Plateau) stark auf die Ablagerung der Karbonate aus. / This study investigated the slope carbonates of two Miocene carbonate systems: the Maltese Islands (in the Central Mediterranean) and the Marion Plateau (Northeastern Australia, drilled during ODP Leg 194). The aim of the study was to trace the impact of the Miocene cooling steps (events Mi1-Mi6) in these carbonate systems, especially the Mi3 event, which took place around 13.6 Ma and deeply impacted the marine oxygen isotope record. This event also profoundly impacted oceanographic and climatic patterns, eventually leading to the establishment of the modern ice-house world. In particular, East Antarctica became ice covered at that period. The rational behind the present study was to investigate the impact that this event had on shallow water systems in order to complement the deep-sea record and hence acquire a more global perspective on Miocene climate change.<br /> <br /> The Maltese Islands were investigated for trends in bulk-rock carbon and oxygen isotopes, as well as bulk-rock mineralogy, clay minerals analysis and organic geochemisty. Results showed that the mid Miocene cooling event deeply impacted sedimentation at that location by changing sedimentation from carbonate to clay-rich sediments. Moreover, it was discovered that each phase of Antarctic glaciation, not just the major mid Miocene event, resulted in higher terrigenous input on Malta. Mass accumulation rates revealed that this was linked to increased runoff during periods when Antarctica was glaciated, and thus that the carbonate sediments were &ldquo;diluted&rdquo; by clay-rich sediments. The model subsequently developed to explain this implies feedback from Antarctic glaciations creating cold, dense air masses that push the ITCZ Northward, thus increasing precipitation on the North African subcontinent. Increased precipitation (or stronger African monsoon) accelerated continental weathering and runoff, thus bringing more terrigenous sediment to the paleo-location of the slope sediments of Malta. Spectral analysis of carbonate content and organic matter geochemical analysis furthermore suggest that the clay-rich intervals are similar to sapropelic deposits.<br /> <br /> On the Marion Plateau, trends in oxygen and carbon isotopes were obtained by measuring Cibicidoides spp foraminifers. Moreover, carbonate content was reconstructed using a chemical method (coulometer). Results show that the mid Miocene cooling step profoundly affected this system: a major drop in accumulation rates of carbonates occurs precisely at 13.8 Ma, around the time of the East Antarctic ice sheet formation. Moreover, sedimentation changes occurred at that time, carbonate fragments coming from neritic environments becoming less abundant, planktonic foraminifer content increasing and quartz and reworked glauconite being deposited. Conversely, a surprising result is that the major N12-N14 sea-level fall occurring around 11.5 Ma did not impact the accumulation of carbonates on the slope. This was unexpected since carbonate platform are very sensitive to sea-level changes. The model developed to explain that mass accumulation rates of carbonates diminished around 13.6 Ma (Mi3 Event) instead of 11.5 Ma (N12-N14 event), suggests that oceanic currents were controlling slope carbonate deposition on the Marion Plateau prior to the mid-Miocene, and that the mid Miocene event considerably increase their strength, hence reducing the amount of carbonate being deposited on slope sites. Moreover, by combining results from deep-sea oxygen isotopes with sea-level estimates based on coastal onlaps made during Leg 194, we constrain the amplitude of the N12-N14 sea-level fall to 90 meters. When integrating isotopic results from this study, this amplitude is lowered to 70 meters.<br /> <br /> A general conclusion of this work is that the mid Miocene climatic shift did impact carbonate systems, at least at the two locations studied. However, the nature of this response was highly dependant on the regional settings, in particular the presence of land mass (Malta) and the absence of a barrier to shelter from the effects of open ocean (Marion Plateau).

Es wird die tektonische Entwicklung des östlichsten Teils des Egergrabens vorgelegt, wobei die tektonische Aktivität bis ins Pleistozän nachgewiesen wird. Dabei werden erstmals die Tertiärbecken der Oberlausitz als östlichste Fortsetzung des Egergrabens zusammenfassend detailliert beschrieben und die Kohleflöze mit den Flözen der Niederlausitz, der kleinen Tertiärbecken bis Luban und den Kohleflözen der tschechischen Tertiärbecken des Egergrabens korreliert. / The tectonic development of the easternmost part of the Egergraben is presented, with the tectonic activity being proven up to the Pleistocene. For the first time, the Tertiary Basins of Upper Lusatia, as the easternmost continuation of the Eger Graben, are described in detail and the coal seams are correlated with the seams of Lower Lusatia, the small tertiary basins up to Luban and the coal seams of the Czech Tertiary Basins of the Eger Graben.

Ein durch den Lausitzer Braunkohlentagebau Welzow-Süd erschlossener, etwa 250 x 800 m ausgedehnter Aufschluss in den Sedimenten des sogenannten Senftenberger Elbelaufes bzw. der obermiozänen Rauno-Formation bot Anlass für umfangreiche Geländedokumentationen und eine Neubetrachtung der Thematik dieser Elbeablagerungen. Anhand verschiedener sedimentologischer und chemisch-mineralogischer Dokumentationen und Analyseverfahren wurden sowohl dieser Aufschluss als auch acht weitere Lokalitäten untersucht. Im Fokus der Auswertung standen zum einen eine detaillierte Milieu- und Geneseinterpretation der fluviatilen Sedimente im Tagebau Welzow-Süd, zum anderen die Frage nach der stratigraphischen Korrelation der durch quartäre Erosion isolierten Aufschlüsse. Das Ergebnis zeigt, dass die Senftenberger Elbe mit der Hebung des Oberlausitz-Plateaus als verflochtener Fluss vom späteren Elbtal aus durch die Lausitz Richtung Paläo-Nordsee strömte. Eine räumlich-zeitliche Korrelation der einzelnen Aufschlüsse und eine konkrete Flussverlaufsrekonstruktion sind nicht möglich. Auch die bisher etablierte Unterteilung der Senftenberger Elbe in drei zeitliche Abschnitte ist nicht belastbar. Es ist von einer variablen Flussverlaufsentwicklung mit zuströmenden Nebenflüssen auszugehen. Die biostratigraphischen Arbeiten verschiedener Autoren belegen ein obermiozänes bis pliozänes Alter.:Zusammenfassung Abstract Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anlagenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 2 Methodik 2.1 Geländeuntersuchungen 2.2 Laboruntersuchungen 2.3 Untersuchungen an Konkretionen 3 Regionale Geologie 4 Stand der Wissenschaft 5 Ergebnisse 5.1 Tagebau Auerhahn 5.2 Ehemalige Kiesgrube bei Brauna 5.3 Tagebau Cunnersdorf 5.4 Tagebau Laußnitz I 5.5 Tagebau bei Lauta 5.6 Tagebau Nochten 5.7 Tagebau Sallgast 5.8 Tagebau Welzow-Süd 5.9 Tagebau Wiesa 5.10 Korngrößenparameter 5.11 Kornform 5.12 Modalbestand der Gerölle 6,3 - 10 mm 5.13 Hellglimmer 5.14 Schwerminerale 5.15 Paläoströmung 6 Interpretation und Diskussion 7 Zusammenfassung und Ausblick 8 Danksagung 9 Literaturverzeichnis / The lignite opencast mine Welzow-Süd, Lusatia, provided an excellent outcrop of the fluvial sediments of the so-called Senftenberger Elbelauf (Rauno Formation, Upper Miocene) with a dimension of 250 to 800 m, that delivered new insights into the history of this former river. This location and additionally eight further outcrops were investigated using different sedimentological and chemical-mineralogical analyses. A detailed interpretation of the environment and genesis of the fluvial sediments in Welzow-Süd is given and the results for all investigated outcrops are related. After the uplift of the Upper Lusatian Plateau, the Senftenberger Elbe developed to a braided river, that ran through the Lusatian region towards the paleo North Sea. A precise reconstruction of the river channels way is not possible. A reliable spatiotemporal correlation of the single outcrops can’t be given. Furthermore, the so far established division of this river into three parts of different ages must be rejected. A complex river system with feeder channels and variable flow pattern is more probable. The biostratigraphic results of different authors prove an Upper Miocene to Pliocene age.:Zusammenfassung Abstract Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anlagenverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 2 Methodik 2.1 Geländeuntersuchungen 2.2 Laboruntersuchungen 2.3 Untersuchungen an Konkretionen 3 Regionale Geologie 4 Stand der Wissenschaft 5 Ergebnisse 5.1 Tagebau Auerhahn 5.2 Ehemalige Kiesgrube bei Brauna 5.3 Tagebau Cunnersdorf 5.4 Tagebau Laußnitz I 5.5 Tagebau bei Lauta 5.6 Tagebau Nochten 5.7 Tagebau Sallgast 5.8 Tagebau Welzow-Süd 5.9 Tagebau Wiesa 5.10 Korngrößenparameter 5.11 Kornform 5.12 Modalbestand der Gerölle 6,3 - 10 mm 5.13 Hellglimmer 5.14 Schwerminerale 5.15 Paläoströmung 6 Interpretation und Diskussion 7 Zusammenfassung und Ausblick 8 Danksagung 9 Literaturverzeichnis