Paleoenvironmental reconstruction of deposition of the Oligocene sediments in selected profiles of the Polish Outer Carpathians based on biomarkers analysis

Badania, dostępnych dla metody GC-MS, frakcji ekstraktów skał zdeponowanych podczas oligocenu, obecnie budujących jednostki śląską i podśląską we E części polskich Karpat zewnętrznych, dostarczają informacji o głównych źródłach materii organicznej, wahaniach paleośrodowiska i o dojrzałości termicznej. Analizowane ciemne, kwarcowo-łyszczykowe łupki (8 próbek, z akcesorycznym pirytem, niektóre wapniste) są bogate w substancję organiczną, stanowiącą 3,0 4,6 % TOC, natomiast w wapieniach kokolitowych (5 próbek) ilość substancji organicznej jest mniejsza (0,4-0,9 % TOC), co świadczy o wysokiej produktywności biomasy oraz o środowisku sedymentacji sprzyjającym jej zachowaniu. Zidentyfikowano n-alkany, izoprenoidy acykliczne, aromatyczne seskwi- i diterpenoidy cykliczne (klasy kadalenu i retenu), triterpenoidy: hopany i sterany, chromany oraz niespecyficzne węglowodory aromatyczne (z grupy naftalenów i fenantrenów). Występowanie różnorodnych grup biomarkerów w analizowanych próbkach, świadczy o heterogeniczności sedymentacyjnej substancji organicznej. Zróżnicowanie w stosunkach steranów do hopanów, wskazuje na istotne różnice w udziale organizmów eukariotycznych i prokariotycznych w sedymentacyjnej substancji organicznej, z dominacją eukariotycznej substancji organicznej obserwowaną w 6 próbkach (3 łupki, 3 wapienie). Dominację prokariotycznej substancji organicznej obserwuje się w pozostałych 6 próbkach (4 łupki, 2 wapienie). Obecność wysoko rozgałęzionego izoprenoidu (C25 HBI), świadczy o znaczącej roli okrzemek w sedymentacyjnej substancji organicznej. Biomarkery charakterystyczne dla lądowych roślin naczyniowych np. reten i kadalen wskazują na dostawę terygenicznej substancji organicznej. Na podstawie ich dystrybucji, prześledzono zmiany w szacie roślinnej, odzwierciedlające wahania klimatyczne, wskazujące na chłodniejszy klimat sedymentacji wapieni w porównaniu do łupków. Rozkład n alkanów, pristanu/fytanu i homohopanów wskazuje, że warunki anoksyczne istniały podczas sedymentacji łupków zbadanych w 3 próbkach, natomiast w przypadku pozostałych próbek było to środowisko utleniające. W analizowanych skałach, nie obserwuje się śladów anormalnego zasolenia lub anoksji w strefie fotycznej choć anoksja jest rejestrowana w osadzie przez obecność pirytu. Dojrzałość termiczna substancji organicznej, oszacowana w oparciu o biomarkery oraz wskaźniki molekularne jest odmienna dla łupków i wapieni z tych samych profili, co świadczy o tym, że wyniki te nie są wiarygodne, w związku, z tym dla jej określenia wskazane jest użycie innych metod badawczych.

The study of the appropriate GC-MS-able extract fractions of the rocks deposited in the Oligocene Silesian and Subsilesian Subasins of the Paratethys, now forming E part of the Polish Outer Carpathians, provides an insight into major sources of organic matter, palaeoenvironment fluctuation and diagenetic processes (maturity). Analysed dark shales (8 samples) consist essentially of quartz and micas with accessory pyrite (some of which are calcareous), are rich in organic matter (3,0-4,6 % TOC), while in the coccolithic limestones (5 samples) organic matter is less abundant (0,4-0,9 % TOC), which in general indicates environment with high biomass productivity and good preservation of sedimentary organic matter. n Alkanes, acyclic isoprenoids, aromatic sesqui- and diterpenoids (cadalene and retene class), triterpenoids: hopanes and steranes, chromans and other unspecific aromatic hydrocarbons like naphthalene and phenanhtrene derivatives were identified. Occurrence of different groups of biomarkers in the analysed samples indicates heterogeneity of the organic matter origin. Variations in hopane to sterane ratios show major differences in the contribution from prokaryotes and eukaryotes to sedimentary organic matter with dominant eucatiotic organic matter in shales from 6 samples (3 shales, 3 limestones) in contrary to shales from other 6 samples (4 shales, 2 limestones) where procariotic organic matter prevails. The presence of highly branched isoprenoid (C25 HBI) shows that the diatoms played significant role in the phytoplankton community contributing to the sedimentary organic matter. Occurrence of biomarkers characteristic of vascular land plants (cadalene and retene groups), indicates supply of terrigenous organic matter. Distribution of n alkanes, pristine/phytane and homohopanes, with evidence of shortening of alkyl chains, indicates development of anoxic condition during sedimentation of the shales from 3 samples. In other samples their distribution suggest sedimentation/diagenesis under oxic conditions. There is no evidence of anormal salinity recorded by biomarkers (chromans) or photic zone anoxia (no isoreniaretene derivatives) during sedimentation, but anoxia is revealed by the presence of pyrite in a number of shales but not in the limestones. The undertaken evaluation of the thermal maturity based on biomarkers or molecular maturity indicators seems to be misleading, so supplementary studies with other methods are recommended.