Bitumoids and methane in bottom sediments of the northeast Black Sea

Complex investigations of recent and ancient Black Sea sediments from the outer shelf, continental slope, and deep-water basin of the Russian Black Sea sector have been carried out. Samples were collected during Cruise 100 of R/V Professor Shtokman organized by the P.P. Shirshov Institute of Oceanology (March 2009) and expedition of UZHMORGEO (summer 2006). Rates of the main anaerobic processes during diagenesis (sulfate reduction, dark CO2 assimilation, methanogenesis, and methane oxidation) were studied for the first time in sediment cores of the studied area. Two peaks in the rate of microbial processes and two sources of these processes were identified: the upper peak near the water-sediment contact is related to solar energy (OM substrate of the water column) and the lower peak at the base of ancient Black Sea sediments with high(>1 mmol) methane concentration related to energy of anaerobic methane oxidation. New labile OM formed during this process is utilized by other groups of microorganisms. According to experimental data, daily rate of anaerobic methane oxidation is many times higher than that of methanogenesis, which unambiguously indicates migration nature of the main part of methane.

Concentrations of organic compounds in suspended matter from surface waters and surface layer bottom sediments of the Obskay Guba (Ob River estuary) and the Kara Sea

Data are presented on concentrations of aliphatic and polycyclic aromatic hydrocarbons (AHC and PAH) in interstitial waters and bottom sediments of the Kara Sea compared to distribution of particulate matter and organic carbon. It was found that AHC concentrations within the water mass (aver. 16 µg/l) are mainly formed by natural processes. Distribution of AHC represents variability of hydrological and sedimentation processes in different regions of the sea. The widest ranges of the concentrations occurred in the Obskaya Guba - Kara Sea section: in water (10-310 µg/l for AHC and 0.4-7.2 ng/l for PAH) and in the surface layer of the bottom sediments (8-42 µg/l for AHC and 9-94 ng/g for PAH). Differentiation of hydrocarbons (HC) in different media follows regularities typical for marginal filters; therefore no oil and pyrogenic compounds are supplied to the open sea. In sediments contents of HC depend on variations in redox conditions in sediments and on their composition.

Messinian and pre-Messinian sediments of ODP Holes 107-652A and 107-654A

Sedimentology, mineralogy, and petrology of the pre-Pliocene sediments drilled at ODP Sites 652 and 654 in the Tyrrhenian Sea (Leg 107) have been studied with emphasis on the lower Messinian to pre-Messinian intervals. Messinian at Site 652 is essentially turbiditic and basinal in character; it was deposited during the syn-rift phase in a strongly subsiding half-graben and is correlatable with emerged coeval sequences; in part with the Laga Formation of the foredeep of Apennines, and in part with the filling of grabens dissecting that chain in the Tyrrhenian portion of Tuscany. The sequence found in Site 654 indicates an upper Tortonian to Messinian transgression accompanying crustal stretching in the western Tyrrhenian Sea and is perfectly correlatable with the so-called "Sahelian cycle" and with "postorogenic" cycles recognized in peninsular Italy and in Sicily.

Composition of carbonaceous sediments from the Late Jurassic Volgian Basin of the East European Platform (Kostroma Region, Russia)

Lithological, geochemical, stratigraphic, and paleoecological features of carbonaceous sediments in the Late Jurassic Volgian Basin of the East European Platform (Kostroma Region) are considered. The shale-bearing sequence studied is characterized by greater sedimentological completeness as compared with its stratotype sections in the Middle Volga region (Gorodishche, Kashpir). Stratigraphic position and stratigraphy of the shale-bearing sequence, as well as distribution of biota in different sedimentation settings are specified. It is shown that Volgian sediments show distinct cyclic structure. The lower and upper elements of cyclites consist of high-carbonaceous shales and clayey-calcareous sediments, respectively, separated by transitional varieties. Bioturbation structures in different rocks are discussed. Microcomponent composition and pyrolytic parameters of organic matter, as well as distribution of chemical elements in lithologically variable sediments are analyzed. Possible reasons responsible for appearance of cyclicity and accumulation of organic-rich sediments are discussed.

Isotopic composition of strontium in planktonic foraminiferas from sediments of the DSDP Holes 90-588 and 94-607

Measurements of 87Sr/86Sr on samples of planktonic foraminifers were used to reconstruct changes in the Sr isotopic composition of seawater for the past 8 Ma. The late Neogene was marked by a general, but not regular, increase in 87S/86Sr with two breaks in slope at 5.5 and 2.5 Ma. These times mark the beginning of two periods of steep increase in 87Sr/86Sr values, relative to preceding periods characterized by essentially constant values. During the last 2.5 Ma, 87Sr/86Sr values increased at an average rate of 0.000054/Ma. This steep increase suggests that the modem ocean is not in Sr isotopic equilibrium relative to its major input fluxes. A non-equilibrium model for the modern Sr budget suggests that the residence time of Sr is ~2.5 Ma, which is significantly less than previously accepted estimates of 4-5 Ma. Modelling results suggest that the increase in 87Sr/86Sr over the past 8 Ma could have resulted from a 25% increase in the riverine flux of Sr or an increase in the average 87Sr/86Sr of this flux by 0.0006. The dominant cause of increasing 87Sr/86Sr values of seawater during the late Neogene is believed to be increased rates of uplift and chemical weathering of mountainous regions. Calculations suggest that uplift and weathering of the Himalayan-Tibetan region alone can account for the majority of the observed 87Sr/86Sr increase since the early Late Miocene. Exhumation of Precambrian shield areas by continental ice-sheets may have contributed secondarily to accelerated mechanical and chemical weathering of old crustal silicates with high 87Sr/86Sr values. In fact, the upturn in 87Sr/86Sr at 2.5 Ma coincides with increased glacial activity in the Northern Hemisphere. A variety of geochemical (87Sr/86Sr, Ge/Si, d13C, CCD, etc.) and sedimentologic data (accumulation rates) from the marine sedimentary record are compatible with a progressive increase in the chemical weathering rate of continents and dissolved riverine fluxes during the late Cenozoic. We hypothesize that chemical weathering of the continents and dissolved riverine fluxes to the oceans reached a maximum during the late Pleistocene because of repeated glaciations, increased continental exposure by lowered sea level, and increased continental relief resulting from high rates of tectonism.

Chemical and mineral compositions of bottom sediments from the East Pacific Rise near 13°N

During underwater photography and sampling of the rift valley bottom in the axial part of the East Pacific Rise, where water transparency is reduced due to hydrothermal input, ore manifestations have been found. The bottom is covered by them as by a jacket on both sides from the EPR axial zone. However, exposed pillow-lavas and clumpy blocks in rift ledges are covered by a thin metal-bearing film. It is supposed that sedimentation results mainly from hydrothermal input of dissolved chemical elements in seawater, their transformation on the geochemical barrier, and subsequent deposition as particulates. Contents of ore components in metalliferous sediments have been measured by atomic-absorption and X-ray radiometry methods. Sediment age has been determined as Middle Pleistocene - Holocene. Maximal hydrothermal activity was at the beginning of Early Holocene, about 10 Ka. A smoker has been found on the western slope of the rift valley.

Diatom biostratigraphy of sediments from the Kerguelen Plateau, Southern Ocean

The biostratigraphic distribution and abundance of lower Oligocene to Pleistocene diatoms is documented from Holes 747A, 747B, 748B, 749B, and 751A drilled during Ocean Drilling Program Leg 120 on the Kerguelen Plateau in the southeast Indian Ocean. The occurrence of middle and upper Eocene diatoms is also documented, but these are rare and occur in discrete intervals. The recovery of several Oligocene to Pleistocene sections with minimal coring gaps, relatively good magnetostratigraphic signatures, and mixed assemblages of both calcareous and siliceous microfossils makes the above four Leg 120 sites important biostratigraphic reference sections for the Southern Ocean and Antarctic continent. A high-resolution diatom zonation divides the last 36 m.y. into 45 zones and subzones. This zonation is built upon an existing biostratigraphic framework developed over the past 20 yr of Southern Ocean/Antarctic deep-sea coring and drilling. After the recent advances from diatom biostratigraphic studies on sediments from Legs 113, 114, 119, and 120, a zonal framework for the Southern Ocean is beginning to stabilize. The potential age resolution afforded by the high-diversity diatom assemblages in this region ranks among the highest of all fossil groups. In addition to the 46 datum levels that define the diatom zones and subzones, the approximate stratigraphic level, age, and magnetic anomaly correlative of more than 150 other diatom datums are determined or estimated. These total 73 datum levels for the Pliocene-Pleistocene, 67 for the Miocene, and 45 for the Oligocene. Greater stratigraphic resolution is possible as the less common and poorly documented species become better known. This high-resolution diatom stratigraphy, combined with good to moderately good magnetostratigraphic control, led to the recognition of more than 10 intervals where hiatuses dissect the Oligocene-Pleistocene section on the Kerguelen Plateau. We propose 12 new diatom taxa and 6 new combination

Composition of bottom sediments from the Isfjord, Western Svalbard

Lithology, heavy mineral associations, and chemical composition of bottom sediments studied in two gravity cores from Isfjord, Western Spitsbergen (Svalbard) accompanied by high-frequency seismic records, provide a new insight on provenance and glaciomarine sedimentation in the fjord from the last deglaciation through Holocene.

Barium concentrations und stable isotope ratios of late Paleocene deep-sea sediments

Deep-sea sediment Ba* (Ba/Al2O3(sample) * 15% - Ba(aluminosilicate) records show increasing values synchronous with the evolution of the late Paleocene global d13C maximum, reflecting an increase in marine surface primary production and biogenic barite formation at this time. At two oligotrophic locations, Deep Sea Drilling Project (DSDP) Sites 384 and 527 in the North and South Atlantic, respectively, Ba* increases from 160-360 ppm in the early Paleocene to 1100-3000 ppm during the d13C maximum. At equatorial DSDP Site 577, positioned within or near the high-productivity zone, Ba* increases from ~15,500 ppm in the early Paleocene to ~25,400 ppm in conjunction with late Paleocene maximum d13C values. Linear fitted correlation plots of sediment Ba* content versus surface water d13C in all three regions support barite originating in the euphotic zone. The early to late Paleocene relative increase in Ba* illustrates how burial rates of Corg (relative to Al2O3) accelerated by a factor of ~1.8 and ~6.0 in the eutrophic and oligotrophic areas, respectively. A tentative estimate, weighing our result for the entire ocean, suggests that accumulation rates of organic carbon increased by a factor of 2 during the late Paleocene d13C maximum.

Petroleum-generating potential of sediments at DSDP Leg 64 Holes

Sediments from the Gulf of California contain sufficient amounts of thermally reactive organic matter to be considered fair-to-good potential petroleum source rocks. While sediments deposited within the present oxygen-minimum zone have the greatest amounts of organic matter, those deposited below the oxygen-minimum contain sufficient organic matter to be considered potential source rocks. The organic matter in the sediment is almost exclusively marine, Type II kerogen. Different techniques of determining kerogen composition produce generally compatible answers, although pyrolysis gives somewhat misleading results. Elemental analysis of the kerogen and vitrinite reflectance measurements indicate that the organic matter is not buried to sufficiently great depth for significant petroleum generation, despite the high temperature gradients.

Stable isotope geochemistry of pore waters and marine sediments from the New Jersey shelf: Methane formation and fluid origin

Interstitial water and sediment samples of the Integrated Ocean Drilling Program (IODP) expedition 313 "New Jersey Shallow Shelf" were analyzed for chemical composition and stable isotope ratios. A total of 222 water samples were collected from the cores by Rhizon samplers and squeezing of fresh core material. Water was analyzed for its stable oxygen and hydrogen isotope geochemistry (d2H and d18O) at sites M0027A and M0029A, and the carbon isotope composition of the dissolved inorganic carbon (d13CDIC) (all sites). In addition, organic material (Corg) and inorganic carbonates from sediments were analyzed for their carbon ratios (d13Corg and d13Ccarb), and in case of the carbonates also for oxygen (d18Ocarb). Carbon isotopes were also analyzed in samples containing enough methane gas (d13Cmeth). Pore fluids from site M0027A were analyzed for the sulfur isotope composition of dissolved sulfate (d34S). The combination of isotope analyses of all phases (interstitial water, sediment, and gas) with pore water chemistry is expected to enable a better understanding of processes in the sediment and will help to identify the origin of fluids under the New Jersey shelf.

Composition of sediments, rocks, and ores from the Northern and Equatorial Indian Ocean

The monograph has been written on the base of data obtained from samples and materials collected during the 19-th cruise of RV ''Akademik Vernadsky'' to the Northern and Equatorial Indian Ocean. Geological features of the region (stratigraphy, tectonic structure, lithology, distribution of ore-forming components in bottom sediments, petrography of igneous rocks, etc.) are under consideration. Regularities of trace element concentration in Fe-Mn nodules, nodule distribution in bottom sediments, and engineering-geological properties of sediments within the nodule fields have been studied. Much attention is paid to ocean crust rocks. The wide range of ore mineralization (magnetite, chromite, chalcopyrite, pyrite, pentlandite, and other minerals) has been ascertained.

Preliminary lipid analyses of two Quaternary sediments from DSDP Holes 66-487 and 66-491

We investigated the solvent-extractable hydrocarbons, ketones, alcohols, and carboxylic acids of two Quaternary sediments from the Middle America Trench (Sections 487-2-3 and 491-1-5). These lipids are derived from a mixed input of autochthonous and allochthonous materials, with minor contributions from thermally mature sources. Their compositions are typical of those of immature Quaternary marine sediments, and their lipid distributions show many similarities to those of Japan Trench sediments.

Microflora from Molasse sediments in southern Germany

1. Polleninventar: Erstmals wurde der Sporomorpheninhalt der Süssbrackwassermolasse und der Oberen Süsswassermolasse Südbayerns einer umfassenden Sichtung unterzogen. Von den überprüften 92 Fundstellen erwiesen sich 55 als sporomorphenführend. Nur 15 davon waren so ergiebig, daß ihr Inhalt quantitativ erfaßt und als Grundlage für die Erstellung eines Diagramms herangezogen werden konnte. Dennoch weist der systematische Katalog 272 Formen auf. Dies ist eine im Vergleich mit anderen, in neuerer Zeit bearbeiteten neogenen Pollenfloren Mitteleuropas sehr große Zahl, wie folgende Angaben belegen: Niederrheinische Braunkohle 175 Arten, Braunkohle der Oberpfalz 138 Arten, subalpine Flözmolasse Bayerns 93 Arten und subalpine Molasse der Ostschweiz und der zentralen und westlichen Paratethys 219 Arten. Dieser Reichtum erklärt sich unschwer aus der Größe des Untersuchungsgebietes, das vom Allgäu im Westen bis an die Salzach im Osten reichte. Überwiegend gehören die nachgewiesenen Formen gutbekannten Arten bzw. Formenkreisen an. Deshalb wurde lediglich die Aufstellung von 2 neuen Gattungen, 19 neuen Arten sowie 5 Neukombinationen nötig. Neue Genera: Nr. (165) Ludwigiapollis Nr., (248) Caesalpiniaceaepollenites, 311 Neue Spezies: (039) Polypodiaceoisporltes subtriangularis, (046) P. pityogrammoides, (067) Perinomonoletes imperfectus, (124) Cycadopltes gemmatus, (125) C. concinus, (133) Lillacidites tener, (137) Nupharipollenites microechinatus, (150) Polyporopollenites nanus, (161) Porocolpopollenites subrotundus, (165) Ludwigiapollis labiatus, (169) Sporotrapoidites cucculatus, (190) Tricolpopollenites cribosus, (192) T. variabilis, (204) Tricolporopollenites pulcher, (210) T. operculiferus, (213) T. pseudomarcodurensis, (217) T. magnolaevigatus, (245) Umbelliferaepollenites achldorfensis, (248) Caesalpiniaceaepollenites antiquus Neukombinationen: (081) Pityosporites koraensis, (128) Magnoliaepollenites magnolioides, (130) M. graciliexinus, (168) Sporotrapoidites erdtmannii, (177) Chenopodipollis psilatoides. Für die meisten der vorgefundenen Sporomorphen sind die Lieferpflanzen bereits bekannt. Dennoch gingen parallel zur Bestimmung, d.h. der Zuordnung der Funde zu Gruppen des morphographischen Sporomorphensystems, die Bemühungen auch dahin, solche Lieferpflanzen, v.a. der selteneren oder neu gefundenen Sporomorphen, zu ermitteln; einige der neuen Arten sind in ihrer Verwandtschaft eindeutig, was durch die Benennung zum Ausdruck gebracht wird (s.o). Für die Mehrzahl der neuen Spezies und für viele bisher in ihrer Verwandtschaft unklare Formen ließ sich die botanische Deutung zumindest eingrenzen. Dies gelang für 148 Formen. Es handelt sich dabei teils um subtropisch-tropische Gewächse, teils aber auch um Pflanzen gemäßigter Klimata. Für genaue Zuweisungen sind jedoch umfangreiche Rezentvergleiche nötig, die einer eigenen Bearbeitung vorbehalten bleiben müssen. Auch einige als Sammelgruppen behandelte Formenkreise erfordern für eine Aufgliederung detailliertere Untersuchungen als sie in diesem Rahmen durchführbar waren. (z. B. Tricolpopollenites asper, T. sp. 2 u.a.). Andere Formen und Gattungen wiederum erwiesen sich dagegen als viel zahlreicher und leichter differenzierbar als bisher angenommen (z. B. Pinaceen, Magnoliaceen, Cyperaceen). In diesem Zusamenhang ist auch zu erwähnen, daß von Hemitrapa zwei Arten mit offensichtlich stratigraphischer Aussagekraft unterscheidbar sind; die Interpretation von Tricolporopol1enltes wackersdorfensis sensu MOHR & GREGOR (1984) als Gleditsia muß nach vorliegenden Erkenntnissen dagegen in Frage gestellt werden. Für 36 Formspezies blieb die Lieferpflanze völlig unbekannt oder es lassen sich höchstens vage Vermutungen anstellen. 2. Biostratigraphie: Fragen der Brauchbarkeit von Mikrofloren für die stratgraphische Gliederung der jüngsten Molassesedimente Südbayerns bildeten den zweiten Schwerpunkt vorliegender Bearbeitung. a) Reichweite: Die Fülle des gefundenen Sporomorphenmaterials brachte es mit sich, daß bei etlichen Formen eine weitere stratigraphische Reichweite als bisher angenommen festgestellt wurde. Zum Teil wurde diese Revision durch die Neugliederung des Paratethys-Miozäns nötig. b) Palynologische Gliederung: Im Laufe der Untersuchungen zeigte sich bald, daß allein auf der Basis der mikrofloristischen Bearbeitung kein von anderen Fossilresten unabhängiges stratigraphisches Gliederungsschema zu finden war. Weder die von anderen Autoren favoritisierte Leitformen-Methode, noch die Aufgliederung nach Klimaelementen ergab ein brauchbares Bild. Lediglich die bekannte generelle Abnahme der miozänen, paläotropischen und thermophilen Elemente und die Zunahme der pliozänen, arktoteriären und gemäßigten während des Neogens ließ sich deutlich ausmachen. Dagegen ermöglicht die Berücksichtigung des Sporomorpheninhalts eine Ergänzung und Deutung der vertebrat-stratigraphisch ausgeschiedenen Abfolgen. Voraussetzung ist die Möglichkeit einer Zuordnung zu einer natürlichen Art, Gattung oder wenigstens Familie und daraus ableitbar wiederum die Zuordnung zu einer oder mehreren Pflanzengesellschaften. Aufgeteilt nach Diversität, Dominanz und Verhältnis von 'Feuchtpflanzen' bzw. autochthonen Gemeinschaften zu mesophilen Phanerophyten bzw. allochthonen Gemeinschaften lassen sich in Südbayern fünf Pollenbilder erkennen, die mit den MN-Einheiten der Zoostratigraphie in Beziehung gebracht werden können. Die Pollenbilder 1 und 2, ungefähr entsprechend den Säugereinheiten 4b und 5, dokumentieren gattungsreiche, polydominante Mikrofloren, deren Lieferpflanzen vor allem verschiedenen Naß- und Feuchtgesellschaften angehören. Dementprechend sind Pteridaceen, Schizaeaceen, Cyperaceen und Poaceen relativ häufig. Das Pollenbild 1 (Langenau und Rauscheröd) zeichnet sich durch eine gewisse Artenarmut aus, wohingegen im Pollenbild 2 (Hitzhofen und Rittsteig) die Diversität zunimmt und Palmenpollen neben anderen mesophilen Akzessorien eine merkliche Rolle spielt. Bemerkenswert ist in den Entnahmeprofilen das Vorkommen kohliger Sedimente. Bezeichnend für Sporomorphenbild 3 sind oligodominante Mikrofloren, zusammengesetzt aus Elementen artenarmer Au- und Sumpfwälder (Taxodiaceen, Cyperaceen) sowie mesophiler 'Pionierwälder' (Pinaceen, Leguminosen). Fehlende Kohlebildung und das Zurücktreten mesophiler, d. h. allochthoner Lieferpflanzen sind weitere Charakteristika. Dieses Sporomorphenbild mit den Fundpunkten Gallenbach und Unterneul enspricht ungefähr der Säugereinheit MN 6. Die beiden stratigraphisch jüngsten Pollendiagramme 4 und 5 setzen sich deutlich von dem vorhergehenden ab. Belegt sind nun wiederum gattungsreiche, polydominante Pflanzenge seIl schaften feuchter, aber nicht nasser Biotope, in denen es ebenfalls mancherorts zur Kohlebildung kam. Gegenüber den Sporomorphenbildern und 2 ist der Anteil mesophiler Lieferpflanzen deutlich erhöht auf Kosten der Feuchtelemente. Letzteres gilt vor allem für das Sporomorphenbild 5 (Leonberg), in dem Fagaceen Pollen (Quercus, Fagus) vorherrscht. sporomorphenbild 4 entspricht annähernd MN 8 mit den Fundpunkten Hassenhausen und Achldorf, während Leonberg, nahe Marktl gelegen, MN 9 zugehört. Auf dem Umweg über diese an der Säugetierstratigraphie 'geeichten' Mikrofloren gelingt es, stratigraphisch unsichere Fundpunkte, wenn sie nur genügend formen- und individuenreich sind (Burtenbach, Lerchenberg, Wemding), einzuordnen. Auf diese Weise ergibt sich die in Diagramm 10 dargestellte Reihung vom Liegenden zum Hangenden. Dürftige Sporomorphenfloren oder Floren, die ausschließlich autochthone Feuchtelemente zeigen, können pollenstratigraphisch nicht sicher angesprochen werden, weil ihr Pollendiagramm undeutlich bleiben muß. Entsprechend der anerkannten Unterstellung, daß Phytostratigraphie zugleich Klimastratigraphie ist, läßt die dargestellte, im Grunde auf der Ausscheidung verschiedener Ukotypen basierende Gliederung sich auch paläoklimatisch interpretieren: Danach ist das verarmte Sporomorphenbild 3 in Südbayern als Ausdruck des vegetationsgeschichtlichen Pessimums anzusehen. Da die nachgewiesenen Sippen noch höhere Wärmeansprüche besitzen, ist nicht ein Temperaturrückgang, sondern ein Absinken der Niederschlagsmenge als begrenzender Faktor am wahrscheinlichsten und auf diese Weise das Ausbleiben von Pollen mesophiler Phanerophyten des Hinterlandes einleuchtend. 3. Paläogeographie: Bei dem Versuch, mit benachbarten Gebieten stratigraphische Beziehungen herzustellen, ergab sich, daß dies zwar über eine kürzere Entfernung recht gut gelingt, daß aber vor allem zu den Mikrofloren der niederrheinischen Braunkohle ein signifikanter Unterschied besteht: In Süddeutschland lassen die Pollendiagramme auf eine raschere Veränderung in der Zusammensetzung der Wälder schließen. Mit anderen Worten: altersgleiche Mikrofloren in Nordwestdeutschland täuschen ein höheres Alter vor. Erst im Obersarmat ähneln sich die jeweiligen Sporomorphenbilder. Damit erklärt sich auch, daß frühere Bearbeiter Schwierigkeiten hatten, mikrofloristische Befunde aus Süd- und Nordwestdeutschland miteinander zu korrelieren. Als Ursache für dieses überraschende Phänomen einer mittelmiozänen Diagrammverschiebung wird die stärkere, sprich länger andauernde maritime Beeinflussung des Niederrheingebietes angesehen.