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Doctoral Thesis
DOI
10.11606/T.44.2014.tde-10102014-084710
Document
Author
Full name
Cleber Pereira Calça
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2014
Supervisor
Committee
Petri, Setembrino (President)
Sallun Filho, William
Fairchild, Thomas Rich
Souza, Paulo Alves de
Tibana, Paulo
Title in Portuguese
Abordagem micropaleontológica e geoquímica da Formação Assistência (Subgrupo Irati, Permiano, Bacia do Paraná, Brasil)
Keywords in Portuguese
Dolomita
Micropaleontologia
Permiano
Sílex
Subgrupo Irati
Abstract in Portuguese
Modificações nas concentrações iônicas em substratos de água rasa provocadas por micro-orgnaismos vêm demonstrando valorosas relevâncias tanto em fossilizações quanto precipitações de calcita, aragonita, dolomita, pirita e minerais de sílica e fosfato. Dados micropaleontológicos, petrográficos e geoquímicos, comumente estudados separadamente, quando integrados, podem elucidar questões sobre a formação destes minerais. A Formação Assistência (Subgrupo Irati, Permiano da Bacia do Paraná, Brasil) apresenta células e estruturas normalmente associadas a atividades microbianas, como microesferas dolomíticas, quartzo microcristalino e pirita. Microfósseis foram reconhecidos e seus processos de fossilização reconstituídos. Sílex, dolomito e folhelho de diversos níveis e localidades foram estudados utilizando-se seções petrográficas normais e polidas; resíduos orgânicos extraídos por dissolução ácida (HF/HCl); superfícies corroídas com dissolução parcial com HF; microscopia petrográfica e eletrônica de varredura (MEV); espectroscopia Raman e de energia dispersiva de raio-X (Energy Dispersive X-ray-EDX) e florescência e difratometria de Raio-X. As prospecções iniciais revelaram alta variedade de microfósseis de parede orgânica (cianobactérias; grãos de pólen; clrófitas; acritarcos; fitoclástos; escolecodontes; palinoforaminíferos e raros grãos de esporos) e microesferas dolomíticas. Diferentemente das pesquisas tradicionais sobre palinoestratigrafia, que utilizam de resíduos de rochas siliciclásticas finas, a petrografia do sílex diagenético revelou uma microbiota fóssil composta principalmente por delicadas cianobactérias. Permitiu também o reconhecimento de estágios ontogenéticos e de feições tafonômicas tais como a morfologia tridimensional de vesículas orgânicas e agregações polínicas. Estas preservações excepcionais é resultado de silicificação extremamente eodiagenética. Todas as amostras examinadas por florescência e difratometria de Raio-X apresentaram predomínio de sílica e dolomita e menores quantidades de pirita. Ao contrário dos nódulos e lentes de sílex de outros níveis, conhecidos de outras posições estratigráficas, somente o sílex maciço da Camada de Brechas Evaporíticas (CBE) demonstrou abundantes células de parede orgânica e estruturas preenchidas (fenestras e fraturas) com bordas dolomíticas. A sílica deste nível, portanto, foi gerada por fluídos supersaturados que substituíram a dolomita pré-existente. Analises com MEV e EDX revelaram cianobactérias fossilizadas com invólucros orgânicos (paredes celulares e/ou bainhas extracelulares) e regiões protoplasmáticas preenchidas por quartzo microcristalino. Comparações com estudos laboratoriais e ambientais demonstraram, em primeiro lugra, como a interação entre moléculas nas superfícies das células e íons em solução retiveram os componentes dos invólucros celulares e mineralizaram as demais partes das células. Em segundo lugar, porque o sílex da CBE também concentra microesferas dolomíticas agregadas em grandes quantidades e associadas e materiais carbonosos. Camadas externas recobrem esferas individuais, pequenos conjuntos e superfícies arredondadas. Nem toda microesfera exibem interiores celulares preenchidos por dolomita. Além das afinidades biológicas, as análises permitiram deduzir como certas condições na interface água/biosedimento provocaram a precipitação deste tipo de dolomita. Tais condições são relacionadas a salinidade, oxido-redução, razões 'Mg POT 2+'/'Ca POT 2+' e atividades biológicas pretéritas tais como acumulações de substâncias poliméricas extracelulares (EPS - extracelular polymeric substances) e processos microbianos anóxicos (e.g.redução de sulfato e metanogênese). Foi possível também se reconhecer a sequência de mineralização (dolomitização e silicificação) bem como certas etapas que levaram a preservação de bainhas e interiores celulares. Os dados obtidos lançam novas perspectivas às discussões globais sobre o "problema da dolomita".
Title in English
not available
Keywords in English
Chert
Dolomite
Irati Subgroup
Micropaleontology
Permian
Abstract in English
Microbial modification on ionic concentrations of shallow=water substrates recently reached valuable results both on fossilization and precipitation of calcite, aragonite, dolomite, pyrite, and minerals of silica and phosphate. Data on micropaleontology, petrography, and geochemistry, which are often sudied separately, when treated together, improve the understanding of the formation of these minerals. The Permian Assistência Formation of the Irati Subgroup in the Brazilian Paraná Bassin bears preserved cells and structures commonly associated with microbial activities, such as dolomite microspheres, microcrystalline quartz and pyrite. Microfossils were recognized and their processes of fossilization reconstituted. Chert, dolostone and shale from many stratigraphic leves and locations were studied by the use of normal and polished petrographic section; estracted organic residues via HF/HCL attach, HF-etched surfaces; petrographic microscopy; scanning electron microscopy (SEM); Raman and Energy Dispersive X-ray (EDX) spectroscopy; fluorescence and diffraction of X-ray. The initial surveys revealed a large variety of organic-walled microfossils (cyanobacteria, pollen grains, chlorophytes, acritarchs, phytoclasts, scolecodonts, palynoroaminifers and rare spores) and dolomitic microspheres. Unlike traditional researhce on palynostratigraphy, which employ organic residues from fine siliciclastic rocks, the petropgraphy of diagenetic chert revealed abundant fossil microbiota composed principally of delicate cyanobacteria. This procedure allowed also the recognition of ontogenetic stages of micoorganisms and taphonomic features such as three-dimensional morphology of organic vesicles and the pollen aggregations. This excellent preservation results from extreme eodiagenetic silicification. Every chert sample examined by fluorescence and X-ray diffraction shows mostly silica and dolomite with a minor amounts of pyrite. Unlike the nodules and lens of chert from other levels,which are known in many stratigraphic sequence, only the massive chert from Brecciated Evaporite Beb (BEB) bears abundant organic-walled cells and filled structures (fenestrae and fractures) exhibiting dolomitic edges. Silica from this sequence, therefore, was generated from supersaturated fluid solutions replacing pre-existing dolomite, preserving the organic content. The SEM and EDX revealed fossilized cyanobacteria with organic involucres (cell walls and/or extracellular sheath) and protoplasmatic region filled by microcrystalline quartz. Comparison with laboratory and environmental studies show, firstly, how the interaction between molecules in the cell surfaces and ions in solution retained the organic components of cellular surfaces and mineralized portions at the other parts of cells, and secondly, why BEB chert is massive at the expense of others relatively smaller in size and the occurrence of chert in other sequences. The quartzitic matrix of the BEB chert also concentrate dolomitic microspheres, which are aggregated in large quantities and associated with carbonaceous material. Outer layers coat indivisual shperes, small clusters and rounded surfaces. Not every microsphere exhibit the filling of dolomite in the interior of cells. Beyond their biological affinity, this analysis allowed the evaluation of how certain conditions on water-biosediment interface led to the precipitation of this kind of dolomite. Such conditions are related to salinity, redox, 'Mg POT 2+'/'Ca POT 2+' ratios, and ancient biological activities such as the accumulation of extracellular polymeric substances (EPS) and anoxic microbial processes (e.g. sulfate reduction, methanogenesis). It was also possible to recognize the mineralization sequence (dolomitization and silicification) as well as certain steps that led to the preservation of sheaths and some cell interiors. The acquired data launches a new prospect for global discussions on the "dolomite problem".
 
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Release Date
2019-06-02
Publishing Date
2015-06-08
 
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