Untitled - Utrecht University Repository

185 Pages·2011·6.05 MB·English

GEOLOGICA ULTRAIECTINA
Mededelingen van het

Instituut voor Aardwetenschappen der

Rijksuniversiteit te Utrecht

No. 34

LATE MIOCENE MAGNETOSTRATIGRAPHY

IN THE MEDITERRANEAN
LATE MIOCENE MAGNETOSTRATIGRAPHY

IN THE MEDITERRANEAN

Laat Miocene magnetostratigrafie in het Middellandse Zeegebied
(met een samenvatting in het Nederlands)
PROEFSCHRIFr

TER VERKRIJGING VAN DE GRAAD VAN DOCTOR IN

DE WISKUNDE EN NATUURWETENSCHAPPEN AAN

DE RUKSUNIVERSITEIT TE UTRECHT, OP GEZAG VAN

DE RECTOR MAGNIFICUS PROF.DR. O.J. DE JONG,

VOLGENS BESLUIT VAN HET COLLEGE VAN DECANEN

IN HET OPENBAAR TE VERDEDIGEN OP MAANDAG

17 DECEMBER 1984 DES NAMIDDAGS TE 4.15 UUR

DOOR

CORNELIS GERARD LANGEREIS
GEBOREN OP 19 DECEMBER 1951 TE APELDOORN
1984
X. X. 1,.
Promotor: Prof.Dr. J.D.A. Zijderveld

Co-promotor: Dr. W.J. Zachariasse
Quid est ergo tempus?

Si nemo ex me quaerat, scio; si quaerenti expl icare vel im, nescio.

Wat is tijd 7

Ais niemand mij ernaar vraagt, weet Ik het; als ik het wll ultleggen,

kan ik het niet.

Augustinus, Confessiones, I iber XI, caput 14.
Allen die aan de totstandkoming van dit proefschrlft een bijdrage,
in welke vorm dan ook, hebben geleverd wi I ik hartel ijk bedanken.
In het bijzonder prof.dr. J.D.A. Zijderveld wiens kritische instel­
ling vaak lastig maar vooral ook onmisbaar bleek. Zijn kleurrijke
persoonl ijkheld zal mij altijd biJbllJven.
Piet-Jan Verplak heeft een groot gedeelte van de 4942 kerntjes en
9254 specimen, die hij zelf enthousiast heeft helpen verzamelen,
verwerkt; zoniet psychisch dan toch fysisch.
De samenwerking met leden van de taakgroep Stratigrafie en Micro­
paleontologie heeft in belangrljke mate bijgedragen tot de resul­
taten van dit proefschrlft. Met name dient genoemd te worden Dr.
J.E. Meulenkamp wiens grote kennis van het Neogeen in het Middel­

landse Zeegebled meer suggesties voor secties opleverde dan door een

enkele promovendus bemonsterd kon worden.

Dr. W.J. Zachariasse ben ik zeer erkentelijk voor zijn onontbeer­

I ijke steun op het gebied van de biostratigrafle.

De NederIandse organisatie voor zuIver wetenschappeIijke onderzoek
(Z.W.O.) leverde een financlele bijdrage in het kader van het
IGCP-project nr. 1, 'Accuracy in time'.
CONTENTS
Samenvatting

Summary 5

chapter 1 Introduction 9

chapter 2 The sections 17

chapter 3 Laboratory treatment 34

chapter 4 Magnetostratigraphy 86

chapter 5 Some rockmagnetic properties 124

chapter 6 NRM directions and anisotropy 146

References 171

Curriculum vitae
SAMENVATTING
Omkeringen van de polariteit van het geomagnetische veld in het
geologisch verleden worden wereldwijd geregistreerd in de natuur-
I ijke remanente magnetisatie (NRM) van stoll ingsgesteenten en sedi­
mentaire reeksen. De nauwkeurige en getrouwe reconstructie van deze
reglstratie vormt het fundament van de magnetostratigrafie. De mag­
netostratigrafie van Laat Miocene sedimenten op verschillende loka­
I iteiten in het Middellandse Zeegebied is het belangrijkste onder­
werp van deze dissertatie. De opeenvolging van de perioden met af­
wisselend normale en omgekeerde polariteit in het geologisch ver­
leden vormt de magnetische tijdschaal.
In het eerste hoofdstuk worden verschi Ilende methoden besproken
om deze magnetische tijdschaal samen te stellen. De eerste methode
bestaat uit het bepalen van zowel de radiometrische oUderdom als de
polarlteit van de NRM van stollingsgesteenten. Magnetlsche tljd­
schalen gebaseerd op deze methode zljn slechts betrouwbaar voor
gesteenten met oUderdommen mlnder dan 5 mi Ijoen jaar. Voor hogere
ouderdommen neemt de absolute fout In radiometrische daterlngen
teveel toe. De tweede methode Is gebaseerd op mariene magnetische
anomal ieen patronen. Ervan uitgaande dat spreldlng aan weerszijden
van Mid-oceanische ruggen met een relatlef constante snelheld
verloopt. kan een magnetische tijdschaal geconstrueerd worden door
middel van interpolatle en extrapolatle. Aan de hand van radio­
metrische daterlngen en blostratigrafle kan de tljdschaal gecall­
breerd worden. De derde methode is gebaseerd op de magnetostrati­
grafie. biostratlgrafie en chronostratlgrafie van sedimentaire
opeenvolgingen. bijvoorbeeld diepzee kernen.
In principe is het mogelijk het polariteitspatroon van marlene
sedimenten in secties op het land te correleren met de magnetische
tijdschaal. De voetangels en klemmen van deze laatste methode worden
besproken. In het algemeen vormt echter de magnetostratigrafle een
belangrijk gereedschap voor de stratlgrafie, niet aileen voor cor­
relatie doeleinden, maar ook voor relatieve en zelfs absolute
dateringen.
Mariene klel secties van Laat Miocene ouderdom zijn bemonsterd
in Kreta, Sicllie en Noord Italie. Hoofdstuk twee beschrijft de
geologie, I ithologle en biostratigrafie van deze sectles, alsmede de
methode gevolgd blj het bemonsteren. De meeste secties zijn van
Tortonlen en Messlnien ouderdom. Een belangrijke biostratigrafische
datum, het eerste voorkomen van de G. conomiozea groep, kenmerkt de
grens tussen Tortonlen en Messinien in het Mlddellandse Zeegebied en
is als voornaamste biostratigrafisch kenmerk gebruikt.
De laboratorium analyse van de verzamelde monsters wordt bespro­
ken in hoofdstuk drle. De karakteristieke remanente magnetisatie
(ChRM) vertegenwoordigt het meest waarschijnlljk de originele depo­
sitionele remanente magnetisatle (DRM). Om deze ChRM te bepalen is
het noodzakelijk visceuze en andere secondaire magnetisaties te ver­
wijderen door middel van thermische of wisselveld demagnetisatie.
Een nauwkeurige analyse van de demagnetisatie diagrammen en van de
afname curves geeft informatie omtrent de dragers van de remanente
magnetisaties. De resultaten maken het waarschijnlijk dat fijn­
korrel ige, vermoedellJk single-domain magnetiet of titanomagnetiet
de belangrijkste drager is van de ChRM. Een geringe en gedeeltelijke
oXidatie van de magnetiet wordt vermoed, met als resultaat een
maghemlet fase van de ChRM die dezelfde richting heeft als de origi­
nele magnetiet. Verdere informatie wordt verkregen door de isother­
male remanente magnetlsatie (IRM) acquisltie curves en bevestigt de
conclusies op basis van de demagnetlsaties. In het algemeen leveren
de resultaten van de secties op Kreta en In Noord Italie magnetische
polariteits zoneringen op, terwijl daarentegen de resultaten van de
secties op Sicllie te wensen over laten: remagnetisatie ten gevolge
van verwering van de oorspronkel ijke magnetische mineralen heeft een
recente magnetisatie met normale polariteit veroorzaakt.
De magnetostratigrafie van de secties wordt besproken in hoofd­
stuk vier. Aile secties van west Kreta kunnen gecorreleerd worden op
basis van hun overlappende polariteltsstratigrafie en hun biostrati­
2
grafie. De correlatle levert een samengestelde magnetlsche polarl­
teitskolom bestaande uit een opeenvolglng van zes polarltelts zones.
De relatleve lengtes van deze zones correleren uitstekend met de
zones van een sectle op centraal Kreta en in mlndere mate met die
van een sectle op oost Kreta. De polarlteltsstratigrafie van Kreta
is gecorreleerd met de magnetische tljdschaal door de corre'latie
coefficlenten te bepalen van het gevonden polarltelts patroon en
iedere mogel ijke opeenvolging van zes polariteitszones van deze
tijdschaal tussen 0 en 15 miljoen Jaar. Van de drle aldus gevonden
mogel ijke correlatles bl ijft er slechts een over als de meest waar­
schljnl ijke, op basis van blostratlgraflsche en chronostratlgra­
fische randvoorwaarden. Deze correlatie houdt In een ouderdom van
5.6 mi Ijoen jaar voor het eerste verschljnen van de G. conomiozea
groep en dus voor de Tortonlen-Messlnlen grens In het Mlddellandse
Zeegebied.
Dezelfde correlatiemethode toegepast op de resultaten van de Blind
River in nleuw Zeeland (Loutlt en Kennett, 1979) levert een oUderdom
op van 6.1 mlljoen jaar voor het eerste verschljnen van de G. cono­
miozea aldaar. Tussen het eerste verschljnen van G. conomiozea In
Nieuw Zeeland en het verschljnen van de G. conomlozea groep In het
Mlddellandse Zeegebied lijkt dus een diachronie van ongeveer 0.4.
mlljoen jaar te bestaan. Tevens worden de ouderdommen van nog twee
biostratigraflsche datums in het Mlddellandse Zeegebled afgeleld;
tenslotte kan geconcludeerd worden dat het begin van de 'Messinian
main evaporitic phase' jonger Is dan 5.3 miljoen Jaar.
Een andere bron van informatle omtrent de dragers van de NRM
wordt verschaft door gesteentemagnetlsche parameters. Deze worden
besproken in hoofdstuk vljf. Ais een standaardprocedure Is de mag­
netische susceptiblliteit (X) en de remanente verzadiglngsmagnetl­
satie (SIRM) gemeten. De verhoudlng X/SIRM is grotendeels onafhan­
kel ijk van de concentratie van de magnetische mlneralen (Hartstra,
1982) en duidt In de meeste sectles op fljnkorrelige (single-domain)
magnetlet als de belangrljkste drager van de ChRM. Voor een aantal
secties is tevens de remanente coercltiefkracht bepaald. De gevonden
waarden bevestlgen de conclusles gebaseerd op de X/SIRM ratio;
bovendien werd op deze manier extra Informatle verkregen omtrent het
voorkomen van mlneralen met een hoge coerclvitelt tengevolge van
oxidatie.
3