Calcite compensation depth

Das Mineral Calciumcarbonat kann in Form von Calcit oder Aragonit vorliegen. Diese gehen in Gewässern, aufgrund eines vorliegenden Gradienten mit in der Tiefe zunehmender Konzentration an Kohlenstoffdioxid, ab einer bestimmten Wassertiefe komplett in Lösung. Diese Linie heißt Kompensationstiefe. Die Lösung beginnt bereits deutlich oberhalb der Kompensationstiefe, nämlich unterhalb der Lysokline, die etwa 300 bis 800 m oberhalb der Calcit-Kompensationstiefe liegt.

Hintergrund

Sowohl Binnengewässer als auch die Meere weisen in der Regel einen Gradienten mit der Tiefe zunehmender Konzentration an gelöstem Kohlenstoffdioxid auf. In den Meeren ist dieser Gradient andauernd, während er in Binnengewässern mit dem Wechsel der Jahreszeiten entsteht und verschwindet (siehe Ökosystem See). Seine Ursache ist biogen, d.h. durch die Lebensvorgänge verursacht. Nahe der Oberfläche wird Kohlendioxid durch die Photosynthese von Algen als Biomasse gebunden und auf die Nahrungskette verteilt. So kann der organisch gebundene Kohlenstoff als Partikelregen in die tieferen Wasserschichten absinken. Dort wird diese Biomasse in der Regel bakteriell wieder zerstört und zu Kohlendioxid veratmet. So kommt es allmählich in der Tiefe zu einer CO₂-Anreicherung und somit zu dem genannten Gradienten.

Bei einer entsprechend hohen CO₂-Konzentration reagiert nun alles Calciumcarbonat gemäß folgender Gleichung zu gelöstem Calciumhydrogencarbonat:

$\mathrm{CaCO_3 + CO_2 + H_2O \ \rightleftharpoons \ Ca^{2+} (aq) + 2 \ HCO_3^- (aq)}$

Auch die Temperatur und Verweildauer, bedingt durch eine unterschiedliche Wasserdurchmischung, beeinflussen die Reaktion. Entsprechend unterschiedlich ist die Lage der beiden Kompensationtiefen in den Ozeanen. Des Weiteren veränderte sich die Tiefenlage im Verlauf der Erdgeschichte.

Calcit-Kompensationstiefe

Als Calcit-Kompensationstiefe (CCD, von engl. „calcite compensation depth“) bezeichnet man diejenige Meerestiefe, ab der sämtliches Calcit im Wasser gelöst ist. Die CCD schwankt zwischen 3.500 und 5.000 m Meerestiefe. Oberhalb dieser Tiefe liegt also eine gesättigte Lösung an Calciumcarbonat (Kalk) vor, zusätzlicher Kalk wird ausgefällt und lagert sich am Meeresboden ab. Unterhalb der CCD findet man folglich auch keine Kalkablagerungen mehr sondern nur noch kalkfreie Sedimente auf Silikatbasis. Vorrangig sind hier der rote Tiefseeton sowie Sedimente aus wasserarmem Siliciumdioxid (Opal) zu nennen. Letztere entstehen aus den Gehäusen von Kleinstlebewesen wie Kieselalgen oder Strahlentierchen (Radiolarienschlamm).

Aragonit-Kompensationstiefe

Aragonit ist leichter in Wasser löslich als Calcit. Entsprechend kann bereits in einer geringeren Wassertiefe kein Aragonit mehr ausfallen und dadurch als Sedinmentgestein in Frage kommen. Analog kann man nun eine Aragonit-Kompensationstiefe (ACD, von engl. „aragonite compensation depth“) feststellen, die, abgesehen von der Löslichkeit, den gleichen Gesetzmäßigkeiten wie die Calcit-Kompensationstiefe folgt. Sie ist zwischen 3.000 und 3.500 m Tiefe anzusiedeln.

Weblinks

• Geo-Glossar - Calcit-Kompensationstiefe
• Geo-Glossar - Aragonit-Kompensationstiefe