Cyanobacterial key to the genesis of micritic and peloidal limestones in ancient seas

The origin of micritic and peloidal limestones comprising the bulk of many ancient marine carbonate deposits represents a major unsolved problem of carbonate sedimentology. Our studies of such limestones from a sequence of Late Jurassic open marine sediments exposed in central Poland revealed them as products of in situ calcified mats of benthic coccoid cyanobacteria. Remains of the cyanobacteria are visible in scanning electron microscope (SEM) images as characteristic patterns closely resembling the common mucilage sheaths of modern entophysalidacean and/or pleurocapsalean cyanobacteria comparable to those we found producing micritic and peloidal microbialites in Lake Van, Turkey. We suggest, by analogy, that many subtidal micritic and peloidal limestones common in the marine sedimentary record might be products of similar in situ calcified cyanobactend microbiota. Such an intensive calcification of marine cyanobacteria could have proceeded only in environments more than modern seawater supersaturated with respect to calcium carbonate minerals. Advection of excess alkalinity, originating from deeper, anaerobic or dysaerobic zones to shallow water areas is proposed as the main factor enhancing colonization of extensive sea bottom areas by the alkaliphilic cyanobacteria and promoting their in uiuo calcification.

Geneza wapieni mikrytowych i peloidalnych, głównych składników większości kopalnych morskich formacji wapiennych, nie została do tej pory rozwiązana i od ponad stu lat jest jednym z bardziej kontrowersyjnych problemów sedymentologii i petrologii skał węglanowych. Przedstawione w pracy wyniki badań nad takimi wapieniami z utworów późnej jury (kimerydu) Gór Świętokrzyskich wykazały, że osady te są wytworem in situ zwapniałych bentosowych mat kokkoidalnych cyjanobakterii (= sinic). Szczątki tych mikroorganizmów widoczne są w skaningowym mikroskopie elektronowyrn w postaci charakterystycznych struktur, przypominających wspólne osłony śluzowe (glycocalyx) otaczające komórki i grupy komórek w koloniach dzisiejszych bentosowych kokkoidalnych cyjanobakterii zaliczanych do grup Chroococcales (szczególnie Entophysalis) i Pleurocapsales (Pleurocapsa). Szczegółowe badania porównawcze przeprowadzone zostały na dzisiejszych, w różnym stopniu zwapniałych matach takich cyjanobakterii występujących w alkalicznym (sodowym) Jeziorze Wan (wschodnia Turcja). Wyniki tych badań pozwalają wnioskować, że zarówno mikrytowe i peloidalne wapienie jurajskie, jak i miąższe serie podobnych morskich wapieni pospolitych w zapisie litologicznym innych okresów geologicznych są produktem in situ zwapniałych mat kokkoidalnych cyjanobakterii. Istnieją podstawy aby przypuszczać, iż tak intensywna kalcyfikacja morskich cyjanobakterii mogła odbywać się jedynie w środowisku, które w porównaniu z dzisiejszą wodą morską było bardziej przesycone w stosunku do produktu rozpuszczalności takich pospolitych minerałów węglanowych jak kalcyt i aragonit. Głównym czynnikiem utrzymującym wyższy od obecnego poziom przesycenia węglanem wapnia w dawnych środowiskach morskich był najprawdopodobniej napływ do fotycznej strefy zasiedlonej przez cyjanobakterie ekscesywnie alkalicznych wód pochodzących z głębszych, anaerobowych (stratyfikowanych) lub dysaerobowych partii zbiorników, których podwyższona alkaliczność była wynikiem metabolicznej aktywności bakterii redukujących siarczany w procesie remineralizacji substancji organicznej w strefach deficytu tlenowego.