Cyanobacterial origin of microcrystalline cements from Pleistocene rhodoliths and coralline algal crusts of Okierabu-jima, Japan

• Autorzy: Kazmierczak J , Iryu Y

Warianty tytułu

PL

Cyjanobakteryjna geneza mikrytowych cementow z plejstocenskich rodolitow i naskorupien krasnorostowych Okierabu-shimy, Japonia

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Microcrystalline (micritic) Mg-calcite cements generated by in vivo calcified coccoid cyanobacteria have been identified in rhodoliths and coralline algal crusts from the Pleistocene Ryukyu Group of Okierabu-jima (Ryukyu Islands, Japan). The cements occur as: (i) fringes and festoons on ventral surfaces of Neogoniolithon fosliei, (ii) coatings on dorsal and ventral surfaces of Mastophora pacifica, and (iii) encrustations on tubular thalli of epiphytic and/or chasmolithic green algae. The calcification of the cyanobacteria colonizing spaces within the coralline algal framework was presumably enhanced by a local increase in calcium carbonate saturation due to CO₂ uptake by the living red and green algae strengthened by increased alkalinity resulting from decay processes in the framework. Many microcrystalline (micritic) cements described from other modern and ancient reefal limestones may, by analogy, be products of similar in vivo calcified cyanobacteria.

PL

Geneza mikrytowych (synonimy: mikrokrystalicznych, kryptokrystalicznych, pelitowych, drobnoziarnistych) cementów w dzisiejszych i kopalnych strukturach rafowych jest jednym z bardziej kontrowersyjnych zagadnień współczesnej sedymentologii węglanowej. Sporna jest zarówno kwestia organicznego czy nieorganicznego pochodzenie takich cementów, jak i problem syngenetycznego bądź wczesnodiagenetycznego charakteru ich genezy. Praca przedstawia wyniki badań nad mikrytowymi cementami wypełniającymi w różnym stopniu pory w rodolitach i naskorupieniach krasnorostowych z powierzchniowych odsłonięć plejstoceńskich utworów rafowych na wyspie Okierabu-shima (Wyspy Riukiu, Japonia). Zespół krasnorostów i towarzyszących im organizmów szkieletowych występujący w tych utworach wskazuje, że powstały one w głębszej strefie skłonu rafy, na głębokości 50-150 m. Analiza cementów wykazała, że zostały one utworzone w wyniku wytrącenia bardzo drobnych, bo liczących zaledwie 2-3 µm średnicy, ziaren magnezowego kalcytu przez maty kokkoidalnych cyjanobakterii (sinic) rosnących w porach i kawernach rodolitów i naskorupień krasnorostowych. Cementy te występują w postaci guzowatych narośli na brzusznych powierzchniach Neogoniolithon fosliei oraz jako powłoki na brzusznych i grzbietowych powierzchniach Mastophora pacifica i nitkowatych plechach epifitycznych i chasmolitycznych zielenic (Ostreobium, Gomontia). In situ - i najprawdopodobniej in vivo - kalcyfikacja mat cyjanobakteryjnych zasiedlających przestrzenie wewnątrz rafowych struktur krasnorostowych była przypuszczalnie wywołana lokalnie podwyższonym, w porównaniu ze średnią wodą morską, poziomem przesycenia środowiska węglanem wapnia w stosunku do teoretycznego iloczynu rozpuszczalności kalcytu. Spowodowane było to intensywnym pobieraniem z wody CO₂, zarówno przez same cyjanobakterie, jak i fotoasymilujące krasnorosty i zielenice, a także podwyższonym poziomem alkaliczności związanym z procesami rozkładu wewnątrz rafowych struktur krasnorostowych. Uzyskane wyniki dają podstawę do przypuszczeń, że wiele mikrytowych cementów opisanych z innych dzisiejszych i kopalnych struktur rafowych jest również wytworem mat kokkoidalnych cyjanobakterii.

Słowa kluczowe

PL

naskorupienia krasnorostowe; zielenice; cement mikrytowy; skamienialosci; sinice; krasnorosty; Mastophora pacifica; Gomontia; rodolity; Neogoniolithon fosliei; sedymentologia weglanowa; Ostreobium; paleontologia; rafy koralowe; geneza

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Palaeontologica Polonica
• Rocznik: 1999
• Tom: 44
• Numer: 2
• Opis fizyczny: s.117-130,fot.,rys.,bibliogr.

Twórcy

autor

Kazmierczak J

• Instytut Paleobiologii PAN, ul.Twarda 51-55, 00-818 Warszawa

autor

Iryu Y

• Institute of Geology and Paleontology, Graduate School of Science, Tohoku University, Aobayama, Sendai 980-8578, Japan

Bibliografia

• Alexandersson, E.T. 1974. Carbonate cementation in coralline algal nodules in the Skagerrak, North Sea: biochemical precipitation in undersaturated waters. - Journal of Sedimentary Petrology 44, 7-26.
• Bosence, D.J.W. 1985. Preservation of coralline-algal frameworks. - Proceedings of the 5th International Coral Reef Congress, Tahiti 6, 623-628.
• Bosence, D.J.W. 1991. Coralline algae: Mineralization, taxonomy, and palaeoecology. In: R. Riding (ed.), Calcareous Algae and Stromatolites, 98-113. Springer, Berlin.
• Brachert, T.C. & Dullo, W.-C. 1991. Laminar micrite crusts and associated foreslope processes, Red Sea. - Journal of Sedimentary Petrology 61, 354-363.
• Braga, J.C., Martin, J.M., & Riding, R. 1996. Internal structure of segment reefs: Halimeda algal mounds in the Mediterranean Miocene. - Geology 24, 35-38.
• Camoin, G.F. & Montaggioni, L.F. 1994. High energy coralgal-stromatolite framework from Holocene reefs (Tahiti, French Polynesia). - Sedimentology 41, 655-676.
• Dunham, J.D. 1962. Classification of carbonate rocks according to depositional texture. In: W.E. Ham (ed.), Classification of Carbonate Rocks. - American Association of Petroleum Geologists, Memoire 1, 108-121. Tulsa, Oklahoma.
• Focke, J.W. & Gebelein, C.D. 1978. Marine lithification of reef rock and rhodolites at a fore-reef slope locality (-50 m) off Bermuda. - Geologie en Mijnbouw 57, 163-171
• Folk, R.L. 1959. Practical classification of limestones. -American Association of Petroleum Geologists Bulletin 43, 1-38.
• Friedman, G.M. 1985. The term 'micrite' or 'micritic cement' is a contradiction - discussion of 'micrite cement in microborings is not necessarily a shallow water indication'. -Journal of Sedimentary Petrology 55, 777.
• Friedman, G.M. 1997. Synsedimentary cements as Paleoproterozoic platform building blocks, Pethei Group, Northwestern Canada - Discussion. - Journal of Sedimentary Research 67, 614
• Friedman, G.M., Amiel, A.J., & Schneidermann, N. 1974. Submarine cementation in reefs: Example from the Red Sea. -Journal of Sedimentary Petrology 44, 816-825.
• Ginsburg, R.N., Marszalek, D.S., & Schneidermann, N. 1971. Ultrastructure of carbonate cements in a Holocene algal reef of Bermuda. - Journal of Sedimentary Petrology 41, 472-482.
• Horodyski, R.J. & Vonder Haar, S. 1975. Recent calcareous stromatolites from Laguna Mormona, Baja California, Mexico. - Journal of Sedimentary Petrology 45, 894-906.
• Humm, H.J. & Wicks, S.R. 1980. Introduction and Guide to the Marine Bluegreen Algae. 194 pp. John Wiley & Sons, New York.
• Iryu, Y. 1992. Fossil nonarticulated coralline algae as depth indicators for the Ryukyu Group. - Transactions and Proceedings of the Paleontological Society of Japan, New Series 167, 1165-1179.
• Iryu, Y. 1997. Pleistocene fore-reef rhodoliths from the Ryukyu Islands, southwestern Japan. - Proceedings of the 8th Coral Reef Symposium, Panama 1,749-754.
• Iryu, Y., Nakamori, T. Matsuda, S., & Abe, O. 1995. Distribution of marine organisms in the modern reef complex of the Ryukyu Islands and its geological significance. -Sedimentary Geology 99, 243-258.
• Iryu, Y., Nakamori, T., & Yamada, T. 1998. Pleistocene reef complex deposits in the Central Ryukyus, southwestern Japan. In: G. Camoin & P.J. Davies (eds), Reefs and Carbonate Platforms in the Pacific and Indian Oceans. - Special Publications of the International Association of Sedimentologists 25, 197-213.
• James, N.P., Ginsburg, R.N., Marszalek, D.S., & Choquette, P.N. 1976. Facies and fabric specifity of early subsea cements in shallow Belize (British Honduras) reef. - Journal of Sedimentary Petrology 46, 523-544.
• James, N.P., Wray, J.L., & Ginsburg, R.N. 1988. Calcification of encrusting aragonitic algae (Peyssonneliaceae): implications for the origin of late Paleozoic reefs and cements. -Journal of Sedimentary Petrology 58, 291-303.
• Kaehler, S. & Williams, G.A. 1996. Distribution of algae on tropical rocky shores: spatial and temporal patterns of non-coralline encrusting algae in Hong Kong. - Marine Biology 125, 177-187.
• Kaźmierczak, J. & Krumbein, W.E. 1983. Identification of calcified cyanobacteria forming stromatoporoid stromatolites. - Lethaia 16, 207-213.
• Kaźmierczak, J., Coleman, M.L., Gruszczyński, M., & Kempe, S. 1996. Cyanobacterial key to the genesis of micritic and peloidal limestones in ancient seas. - Acta Palaeontologica Polonica 41, 319-338.
• Kempe, S. & Kaźmierczak, J. 1993. Satonda Crater Lake, Indonesia: Hydrogeochemistry and biocarbonates. - Facies 28, 1-32.
• Kempe, S. & Kaimierczak, J. 1990. Calcium carbonate supersaturation and the formation of in situ calcified stromatolites. In: V. Ittekkot, S. Kempe, W. Michaelis & A. Spitzy (eds), Facets of Modern Biogeochemistry, 255-278. Springer, Berlin.
• Krumbein, W.E. & Swart, P.K. 1983. The microbial carbon cycle. In: W.E. Krumbein (ed.), Microbial Geochemistry, 5-62, Blackwell, Oxford.
• Laurenti, A. & Montaggioni, L. 1995. Importance de l'activité microbienne dans la lithification marine récifale (Tahiti, Polynésie française). - Comptes Rendus de 1'Academie des Sciences Paris 320 (IIa), 845-852.
• Macintyre, I.G. 1984. Extensive submarine lithification in a cave in the Belize barrier reef platform. - Journal of Sedimentary Petrology 54, 221-235.
• Massieux, M., Coudray, J., & Denizot, M. 1983. Premieres résultats d'une étude de la calcification de Porolithon onkodes (Heydrich) Foslie (Rhodophycées, Melobesiée, actuel) à la microsonde électronique. - Comptes Rendus de l'Academie des Sciences Paris 297(3), 579-582.
• Merz, M. 1992. The biology of carbonate precipitation by cyanobacteria. - Facies 26, 81-102.
• Merz, M. & Zankl, H. 1993. The influence of the sheath on carbonate precipitation by Cyanobacteria. In: F. Baratollo, P. De Castro & M. Parente (eds), Studies on Fossil Benthic Algae. - Bolletino della Società Paleontologica Italiana, Special Volume 1, 325-331.
• Milliman, J.D., Hook, J.A., & Golubic, S. 1985. Meaning and usage of 'micritic cement' and matrix - reply to discussion. - Journal of Sedimentary Petrology 55, 777-778.
• Minoura, K. & Nakamori, T. 1982. Depositional environment of algal balls in the Ryukyu Group, Ryukyu Islands, southwestern Japan. - Journal of Geology 90, 602-609.
• Nagarkar, S. & Williams, G.A. 1997. Comparative techniques to quantlfy cyanobacteria dominated epilithic biofilms on tropical rocky shores. - Marine Ecology Progress Series 154, 281-291.
• Pedley, M. 1992. Freshwater (phytoherm) reefs: the role of biofilms and their bearing on marine reef cementation. - Sedimentary Geology 79, 255-274.
• Pentecost, A. & Bauld, J. 1988. Nucleation of calcite on the sheaths of cyanobacteria using a simple diffusion cell. - Geomicrobiology Journal 6, 129-135.
• Pigott, J.D. & Land, L.S. 1986. Interstitial water chemistry of Jamaican reef sediment: sulfate reduction and submarine cementation. -Marine Chemistry 19, 355-378.
• Reid, P., Macintyre, I.G., & James, N.P. 1990. Internal precipitation of microcrystalline carbonate: a fundamental problem for sedimentologists. - Sedimentary Geology 68, 163-170.
• Reitner, J. 1993. Modem cryptic microbial/metazoan facies from Lizard Island (Great Barrier Reef, Australia) - formation and concepts. - Facies 29, 3-39.
• Riding, R., Martin, J.M., & Braga, J.C. 1991. Coral-stromatolite framework, Upper Miocene, Almería, Spain. - Sedimentology 38, 799-818.
• Sami, T.T. & James, N.P. 1997. Synsedimentary cements as Paleoproterozoic platform building blocks, Pethei Group, Northwestern Canada - Reply. -Journal of Sedimentary Research 67, 615.
• Sansone, F.J., Tribble, G.W, Andrews, C.C., & Chanton, J.P. 1990. Anaerobic diagenesis within Recent, Pleistocene, and Eocene marine carbonate framework.- Sedimentology 37, 997-1009.
• Stal, L.J. 1995. Physiological ecology of cyanobacteria in microbial mats and other communities. -New Phytologist 131, 1-32.
• Stal, L.J. & Moezelaar, R. 1997. Fermentation in cyanobacteria. - FEMS Microbiology Reviews 21, 179-211.
• Steneck, R.S., Macintyre, I.G., & Reid, R. P. 1997. A unique algal ridge system in the Exuma Cays, Bahamas. - Coral Reefs 16, 29-37.
• Van Liere, L. & Walsby, A.E. 1982. Interactions of cyanobacteria with light. In: N.G. Carr & B.A. Whitton (eds), The Biology of Cyanobacteria, 9-45. Blackwell, Oxford.
• Walker, R. & Moss, B. 1984. Mode of attachment of six epilithic crustose Corallinaceae (Rhodophyta). - Phycologia 23, 321-329.
• Webb, G.E. 1996. Was Phanerozoic reef history controlled by the distribution of non-enzymatically secreted reef carbonates (microbial carbonate and biologically induced cement)? - Sedimentology 43, 947-971.
• Webb, G.E., Baker, J.C., & Jell, J.S. 1998. On inferred syngenetic textural evolution in Holocene cryptic reefal microbialites, Heron Reef, Great Barrier Reef, Australia. - Geology 26, 355- 358.
• Zankl, H. 1993. The origin of high-Mg calcite microbialites in cryptic habitats of Caribbean coral reefs - their dependence on light and turbulence. - Facies 29, 55-60.