ALBERT

Anmerkung: Table of Contents: 1 The Solid Phase of Marine Sediments / DIETER K. FÜTTERER 1.1 Introduction 1.2 Sources and Components of Marine Sediments 1.2.1 Lithogenous Sediments 1.2.2 Biogenous Sediments 1.2.3 Hydrogenous Sediments 1.3 Classification of Marine Sediments 1.3.1 Terrigenous Sediments 1.3.2 Deep-Sea Sediments 1.4 Global Patterns of Sediment Distribution 1.4.1 Distribution Patterns of Shelf Sediments 1.4.2 Distribution Patterns of Deep-Sea Sediments 1.4.3 Distribution Patterns of Glay Minerals 1.4.4 Sedimentation Rates 2 Geophysical Perspectives in Marine Sediments 2.1 Physical Properties of Marine Sediments / MONIKA BREITZKE 2.1.1 Introduction 2.1.2 Porosity and Wet Bulk Density 2.1.2.1 Analysis by Weight and Volume 2.1.2.2 Gamma Ray Attenuation 2.1.2.3 Electrical Resistivity (Galvanic Method) 2.1.2.4 Electrical Resistivity (Inductive Method) 2.1.3 Permeability 2.1.4 Acoustic and Elastic Properties 2.1.4.1 Biot-Stoll Model 2.1.4.2 Full Waveform Ultrasonic Gore Logging 2.1.5 Sediment Classification 2.1.5.1 Full Waveform Gore Logs as Acoustic Images 2.1.5.2 P-and S-Wave Velocity, Attenuation, Elastic Moduli and Permeability 2.1.6 Sediment Echosounding 2.1.6.1 Synthetic Seismograms 2.1.6.2 Narrow-Beam Parasound Echosounder Recordings 2.2 Sedimentary Magnetism / ULRICH BLEIL 2.2.1 Introduction 2.2.2 Biogenie Magnetic Minerals in Marine Sediments 2.2.3 Reduction Diagenesis of Magnetic Minerals in Marine Environments 3 Quantification of Early Diagenesis: Dissolved Constituents in Marine Pore Water / HORST D. SCHULZ 3.1 Introduction: How to Read Pore Water Concentration Profiles 3.2 Calculation of Diffusive Fluxes and Diagenetic Reaction Rates 3.2.1 Steady State and Non-Steady State Situations 3.2.2 The Steady State Situation and Fick's First Law of Diffusion 3.2.3 Quantitative Evaluation of Steady State Concentration Profiles 3.2.4 The Non-Steady State Situation and Fick's Second Law of Diffusion 3.2.5 The Primary Redox-Reactions: Degradation of Organic Matter 3.3 Sampling of Pore Water for Ex-Situ Measurements 3.3.1 Obtaining Sampies of Sediment for the Analysis of Pore Water 3.3.2 Pore Water Extraction from the Sediment 3.3.3 Storage, Transport and Preservation of Pore Water 3.4 Analyzing Constituents in Pore Water, Typical Profiles 3.5 In-Situ Measurements 3.6 Influence of Bioturbation, Bioirrigation, and Advection 4 Organic Matter: The Driving Force for Early Diagenesis / JÜRGEN RULLKÖTTER 4.1 The Organic Carbon Cycle 4.2 Organic Matter Accumulation in Sediments 4.2.1 Productivity Versus Preservation 4.2.2 Primary Production of Organic Matter and Export to the Ocean Bottom 4.2.3 Transport of Organic Matter through the Water Column 4.2.4 The Influence of Sedimentation Rate on Organic Matter Burial 4.2.5 Allochthonous Organic Matter in Marine Sediments 4.3 Early Diagenesis 4.3.1 The Organic Carbon Content of Marine Sediments 4.3.2 Chemical Composition of Biomass 4.3.3 The Principle of Selective Preservation 4.3.4 The Formation of Fossil Organic Matter and its Bulk Composition 4.3.5 Early Diagenesis at the Molecular Level 4.3.6 Biological Markers (Molecular Fossils) 4.4 Organic Geochemical Proxies 4.4.1 Total Organic Carbon and Sulfur 4.4.2 Marine Versus Terrigenous Organic Matter 4.4.3 Molecular Paleo-Seawater Temperature and Climate Indicators 4.5 Analytical Techniques 4.5.1 Sam pie Requirements 4.5.2 Elemental and Bulk Isotope Analysis 4.5.3 Rock-Eval Pyrolysis and Pyrolysis Gas Chromatography 4.5.4 Organic Petrography 4.5.5 Bitumen Analysis 4.6 The Future of Marine Geochemistry of Organic Matter 5 Bacteria and Marine Biogeochemistry / Bo BARKER JORGENSEN 5.1 Role of Microorganisms 5.1.1 From Geochemistry to Microbiology - and back 5.1.2 Approaches in Marine Biogeochemistry 5.2 Life and Environments at Small Scale 5.2.1 Hydrodynamics of Low Reynolds Numbers 5.2.2 Diffusion at Small Scale 5.2.3 Diffusive Boundary Layers 5.3 Regulation and Limits of Microbial Processes 5.3.1 Substrate Uptake by Microorganisms 5.3.2 Temperature as a Regulating Factor 5.3.3 Other Regulating Factors 5.4 Energy Metabolism of Prokaryotes 5.4.1 Free Energy 5.4.2 Reduction-Oxidation Processes 5.4.3 Relations to Oxygen 5.4.4 Definitions of Energy Metabolism 5.4.5 Energy Metabolism of Microorganisms 5.4.6 Chemolithotrophs 5.4.7 Respiration and Fermentation 5.5 Pathways of Organic Matter Degradation 5.5.1 Depolymerization of Macromolecules 5.5.2 Aerobic and Anaerobic Mineralization 5.5.3 Depth Zonation of Oxidants 5.6 Methods in Biogeochemistry 5.6.1 Incubation Experiments 5.6.2 Radioactive Tracers 5.6.3 Example: Sulfate Reduction 5.6.4 Specific Inhibitors 5.6.5 Other Methods 6 Early Diagenesis at the Benthic Boundary Layer: Oxygen and Nitrate in Marine Sediments / CHRISTIAN HENSEN AND MATTHIAS ZABEL 6.1 Introduction 6.2 Oxygen and Nitrate Distribution in Seawater 6.3 The Role of Oxygen and Nitrate in Marine Sediments 6.3.1 Respiration and Redox Processes 6.3.1.1 Nitrification and Denitrification 6.3.1.2 Coupling of Oxygen and Nitrate to other Redox Pathways 6.3.2 Determination of Consumption Rates and Senthic Fluxes 6.3.2.1 Fluxes and Concentration Profiles Determined by In-Situ Devices 6.3.2.2 Ex-Situ Pore Water Data from Deep-Sea Sediments 6.3.2.3 Determination of Denitrification Rates 6.3.3 Oxic Respiration, Nitrification and Denitrification in Different Marine Environments 6.3.3.1 Quantification of Rates and Fluxes 6.3.3.2 Variation in Different Marine Environments: Case Studies 6.4 Summary 7 The Reactivity of Iron / RALF R. HAESE 7.1 Introduction 7.2 Pathways of Iron Input to Marine Sediments 7.2.1 Fluvial Input 7.2.2 Aeolian Input 7.3 Iron as a Limiting Nutrient for Primary Productivity 7.4 The Early Diagenesis of Iron in Sediments 7.4.1 Dissimilatary Iran Reductian 7.4.2 Solid Phase Ferric Iron and its Bioavailability 7.4.2.1 Properties of Iron Oxides 7.4.2.2 Bioavailability of Iron Oxides 7.4.2.3 Bioavailability of Sheet Silicate Sound Ferric lron 7.4.3 Iron and Manganese Redax Cycles 7.4.4 Iron Reactivity towards S, O2, Mn, NO3, P, HCO3, and Si-AI 7.4.4.1 lron Reduction by HS and Ligands 7.4.4.2 Iron Oxidation by O2, NO3, and Mn4+ 7.4.4.3 Iron-Sound Phosphorus 7.4.4.4 The Formation of Siderite 7.4.4.5 The Formation of lron Searing Aluminosilicates 7.4.5 Discussion: The Importance of Fe-and Mn-Reactivity in Various Enyironments 7.5 The Assay for Ferric and Ferrous Iron 8 Sulfate Reduction in Marine Sediments / SABINE KASTEN AND BO BARKER JØRGENSEN 8.1 Introduction 8.2 Sulfate Reduction and the Degradation of Organic Matter 8.3 Biotic and Abiotic Processes Coupled to Sulfate Reduction 8.3.1 Pyrite Formation 8.3.2 Effects of Sulfate Reduction on Sedimentary Solid Phases 8.4 Determination of Sulfate Reduction Rates 9 Marine Carbonates: Their Formation and Destruction / RALPH R. SCHNEIDER, HORST D. SCHULZ AND CHRISTIAN HENSEN 9.1 Introduction 9.2 Marine Environments of Carbonate Production and Accumulation 9.2.1 Shallow-Water Carbonates 9.2.2 Pelagic Calcareous Sediments 9.3 The Calcite-Carbonate-Equilibrium in Marine Aquatic Systems 9.3.1 Primary Reactions of the Calcite-Carbonate-Equilibrium with Atmospheric Contact in Infinitely Diluted Solutions 9.3.2 Primary Reactions of the Calcite-Carbonate-Equilibrium without Atmospheric Contact 9.3.3 Secondary Reactions of the Calcite-Carbonate-Equilibrium in Seawater 9.3.4 Examples for Calculation of the Calcite-Carbonate-Equilibrium in Ocean Waters 9.4 Carbonate Reservoir Sizes and Fluxes between Particulate and Dissolved Reservoirs 9.4.1 Production Versus Dissolution of Pelagic Carbonates 9.4.2 Inorganic and Organic Carbon Release trom Deep-Sea Sediments 10 Influences of Geochemical Processes on Stable Isotope Distribution in Marine Sediments / TORSTEN SICKERT 10.1 Introduction 10.2 Fundamentals 10.2.1 Principles of Isotopic Fractionation 10.2.2 Analytical Procedures 10.3 Geochemicallnfluences on 18O/16O Ratios 10.3.1 δ18O of Seawater 10.3.2 δ18O in Marine Carbonates 10.4 Geochemical Influences on 13C/12C Ratios 10.4.1

Anmerkung: Inhalt 1 Einführung 1.1 Zweck und Rahmen des Lehrbuchs 1.2 Isotope: Physikalische Grundlagen 1.2.1 Stabile Isotope 1.2.1.1 Isotopenfraktionierung in der Hydrosphäre 1.2.1.1.1 Isotopenfraktionierung bei Phasenübergängen mit thermodynamischem Gleichgewicht 1.2.1.1.2 Isotopenfraktionierung bei Phasenübergängen ohne thermodynamisches Gleichgewicht 1.2.1.2 Meßmethodik 1.2.1.2.1 Probenpräparation 1.2.1.2.2 Massenspektrometrische Messung, Auswertung und Standards 1.2.2 Radioaktive Isotope 1.2.2.1 Allgemeines zur Radioaktivität 1.2.2.2 Strahlungsmessung 1.2.2.3 Zur Auswertung von Strahlungsmessungen 1.3 Isotope als Tracer und Strahlungsquellen für hydrologische Untersuchungen 1.3.1 Umweltisotope in der Hydrosphäre 1.3.1.1 Stabile Isotope 1.3.1.1.1 Allgemeines 1.3.1.1.2 Deuterium und Sauerstoff-18 in den Niederschlägen 1.3.1.2 Radioaktive Umweltisotope 1.3.1.2.1 Allgemeines zur Low-Level-Meßtechnik 1.3.1.2.2 Tritium Tritium in den Niederschlägen Messung des Tritiumgehalts in Wasserproben 1.3.1.2.3 Kohlenstoff-14 (M.A.GEYH) Allgemeines zur Altersbestimmung mit der Radiokohlenstoff-Methode (14C-Methode) Altersbestimmung von Grundwasser mit der 14C-Methode Messung des 14C-Gehalts und 13C-Wertes in Grundwasser und Karbonatproben Fehlergrenzen bei 14C-Altern 1.3.1.2.4 Weitere radioaktive Umweltisotope für hydrologische Untersuchungen (M. A. GEYH und H. MOSER) 1.3.2 Isotope als absichtlich zugegebene hydrologische Tracer (H. BEHRENS und H. MOSER) 1.3.3 Verwendung von Radionukliden in umschlossenen Strahlenquellen für hydrologische Untersuchungen 1.3.3.1 Wechselwirkung von Gamma-Strahlung mit Wasser und Boden 1.3.3.2 Wechselwirkung von Neutronen mit Wasser und Boden 1.3.4 Zur Planung und Probenentnahme bei isotopenhydrologischen Untersuchungen 1.3.5 Zum Strahlenschutz bei hydrologischen Untersuchungen mit radioaktiven Substanzen 2 Anwendungen von Isotopen im Oberflächenwasser 2.1 Offene Gerinne (H. BEHRENS) 2.1.1 Grundlagen der Abflußmessungen in offenen Gerinnen 2.1.1.1 Abflußmessung mit kontinuierlicher Tracereinspeisung 2.1.1.2 Abflußmessung mit momentaner Tracereinspeisung 2.1.1.3 Vergleich der Abflußmeßmethoden mit kontinuierlicher und momentaner Tracereinspeisung 2.1.2 Bestimmung von Fließ- bzw. Verweilzeiten in offenen Gerinnen 2.1.3 Praktische Durchführung von Abfluß- und Fließzeitmessungen in offenen Gerinnen mit radioaktiven Tracern 2.1.3.1 Art und Menge der Tracersubstanz 2.1.3.2 Vorrichtungen zur Tracereinspeisung 2.1.3.3 Probenentnahme und Meßanordnungen 2.1.3.4 Kalibrierung der Meßanordnungen 2.1.3.5 Auswertung der Meßergebnisse 2.1.4 Beispiele für Abfluß- und Fließzeitmessungen in offenen Gerinnen 2.1.5 Das Problem der Durchmischung 2.1.5.1 Untersuchung von Durchmischungsvorgängen in offenen Gerinnen mit Tracermethoden 2.1.5.2 Verwendung des Gehalts an stabilen Isotopen zur Untersuchung von Durchmischungsvorgängen 2.1.6 Spezielle Anwendungen von Isotopenmethoden bei Wasserqualitätsuntersuchungen in offenen Gerinnen 2.2 Sedimentbewegungen (H. PAHLKE) 2.2.1 Einführung 2.2.2 Schwebstoffe 2.2.2.1 Bestimmung der Schwebstoffk.onzentration mit Hilfe der Schwächung von Gamma-Strahlen 2.2.2.1.1 Grundlagen des Meßverfahrens 2.2.2.1.2 Meßanordnungen 2.2.2.1.3 Vor- und Nachteile des radiometrischen Verfahrens gegenüber mechanischen Messungen der Schwebstoffkonzentration 2.2.2.1.4 Anwendungsbeispiel 2.2.2.2 Messung der Schwebstoffbewegung mit Hilfe von Tracerverfahren 2.2.2.2.1 Markierung der Schwebstoffe 2.2.2.2.2 Meßverfahren 2.2.2.2.3 Anwendungsbeispiele 2.2.3 Geschiebe 2.2.3.1 Messung der Geschiebebewegung 2.2.3.1.1 Voruntersuchungen 2.2.3.1.2 Markierung des Geschiebes 2.2.3.1.3 Einbringung des markierten Geschiebes als Tracer 2.2.3.1.4 Tracemachweis und Bestimmung der Parameter der Geschiebebewegung 2.2.3.2 Bestimmung der Transportrate des Geschiebes 2.2.3.2.1 Methode der Raumintegration 2.2.3.2.2 Methode der stetigen Verdünnung 2.2.3.2.3 Methode der Zeitintegration 2.2.3.2.4 Dispersionsmodelle 2.2.3.3 Anwendungsbeispiele 2.3 Seen und Stauseen 2.3.1 Durchmischung und Schichtung in Seen 2.3.1.1 Beispiele für Untersuchungen der Durchströmung von Seen mit Hilfe von Umweltisotopen 2.3.1.2 Beispiele für Untersuchungen der Durchströmung von Seen mit Hilfe absichtlich zugegebener radioaktiver Tracer 2.3.2 Verdunstung bei Seen 2.3.2.1 Vorbemerkungen und theoretische Ansätze 2.3.2.2 Anwendungsbeispiele 2.3.3 Dichtigkeit von Stauanalgen 2.3.3.1 Isotopenmethoden zur Lokalisierung von Undichtigkeiten und zur Bestimmung von Leckraten 2.3.3.2 Anwendungsbeispiele 2.4 Schnee und Eis (H. MOSER und W. STICHLER) 2.4.1 Vorbemerkungen 2.4.2 Entstehung von Hagelkörnern 2.4.3 Auf- und Abbau der Schneedecke 2.4.3.1 Wasseräquivalent und Dichteprofil einer Schneedecke 2.4.3.1.1 Grundlagen des Meßverfahrens 2.4.3.1.2 Bestimmung des Gesamtwasseräquivalents einer Schneedecke mit Hilfe von umschlossenen radioaktiven Quellen 2.4.3.1.3 Bestimmung des Gesamtwasseräquivalents einer Schneedecke mit Hilfe der natürlichen Gamma-Strahlung des Bodens 2.4.3.1.4 Messung des Dichteprofils einer Schneedecke mit umschlossenen radioaktiven Quellen 2.4.3.2 Abbild des Isotopengehalts der Niederschläge in der Schneedecke 2.4.3.3 Isotopengehalt und Winddrift 2.4.3.4 Isotopengehalt und Reifbildung 2.4.3.5 Isotopengehaltsänderung bei Verdunstung von der Schneeoberfläche 2.4.3.6 Perkolation von Regen und Schmelzwasser und ihre Wirkung auf das Isotopengehaltsprofil einer temperierten Schneedecke 2.4.3.7 Mechanismus des Abbaus einer Schneedecke 2.4.4 Isotopengehaltsänderungen im Akkumulationsgebiet von Gletschern beim Übergang der Schneedecke in Eis 2.4.4.1 Isotopengehaltsänderung in oberflächennahen Schneeschichten 2.4.4.2 Isotopengehaltsprofil in der porösen Firnzone von Gletschern 2.4.4.3 Isotopengehaltsprofil im kompakten Gletschereis; Theorie der Diffusionsströmung von JOHNSEN 2.4.4.4 Verteilung der Gesamt-Beta-Aktivität in Firn- und Eisprofilen 2.4.4.5 Messung von Akkumulationsraten 2.4.5 Schnee- und Eishydrologie 2.4.5.1 Wasserbilanz einer Schneedecke aus Isotopengehaltsmessungen in Schneelysimetern 2.4.5.2 Bestimmung von Abflußanteilen aus Isotopengehaltsmessungen 2.4.5.2.1 Abflußanteile bei der Schneeschmelze in Einzugsgebieten mit temporärer Schneedecke 2.4.5.2.2 Abflußanteile in vergletscherten Einzugsgebieten während der Ablationsperiode 2.4.5.3 Verweilzeit von Wasser in Einzugsgebieten mit temporärer Schneedecke oder Gletschern 2.4.6 Historische Glaziologie 2.4.6.1 Datierung von Firn und Eis in Gletschern mit Hilfe von Isotopengehaltsmessungen 2.4.6.2 Paläoklimatische Aussagen aus Sauerstoff-18-Messungen an Eiskernen 3 Anwendungen von Isotopenmethoden im Grundwasser 3.1 Einführung 3.2 Ungesättigte Zone des Grundwasserleiters 3.2.1 Methodik der Messung und Auswertung der Tracer-Verteilung im Wasser der ungesättigten Zone 3.2.1.1 Tracer-Input in die ungesättigte Zone 3.2.1.2 Nachweis der Tracer im Vertikalprofil der ungesättigten Zone 3.2.1.3 Zur Ausbreitung des markierten Wassers in der ungesättigten Zone 3.2.1.4 Bestimmung der Grundwasserneubildungsrate 3.2.2 Anwendungsbeispiele 3.2.2.1 Untersuchungen mit Hilfe des Gehalts am Umweltisotopen (meist Tritium) 3.2.2.2 Untersuchungen mit Hilfe von absichtlich zugegebenen Tracern (meist Tritium) 3.3 Gesättigte Zone des Grundwasserleiters 3.3.1 Interpretation von Messungen des Gehalts an Umweltisotopen 3.3.1.1 Interpretation von Messungen des Deuterium- und Sauerstoff-18-Gehalts im Grundwasser 3.3.1.1.1 Zeitliche Differenzierung von Grundwässern 3.3.1.1.2 Lokalisierung von Grundwassereinzugsgebieten 3.3.1.1.3 Typisierung von Grundwässern und Grundwasserleitern Typisierung von Thermal- und Mineralwässern Unterscheidung von verschiedenen Grundwasserströmen in einem Grundwasserleiter Anteil von uferfiltriertem Flußwasser im Grundwasser Hydraulische Verbindung von Grundwasserleitern Identifizierung von Salzwässern Typisierung von Grundwasserleitern 3.3.1.2 Interpretation von Messungen des Tritium und Kohlenstoff-14-Gehalts im Grundwasser (M.A.GEYH) 3.3.