Characteristics of selected discontinuity surfaces recorded within the Adriatic-Dinaridic carbonate platform deposits

Površine diskontinuiteta predstavljaju ključne horizonte u sedimentacijskom zapisu, koji su povezani s prekidima sedimentacije, čime predstavljaju hijatuse neovisno o njihovu trajanju. U ovaj ne-interpretativni skupni naziv uključene su različite vrste površina diskontinuiteta, uključujući marinske firmground-e i hardground-e, subaerske površine izlaganja, kao i kompozitne (poligenetske) površine. Površine diskontinuiteta su korisni marker horizonti pri stratigrafskoj korelaciji te se često primjenjuju i u sekvencijskoj stratigrafiji karbonatnih sljedova. Značaj kalkreta i paleokrša, ihnofosila i ihnofacijesa te autigene marinske mineralizacije, pri genetskim interpretacijama površina diskontinuiteta, je vrlo dobro poznat u literaturi. Vrijednosti stabilnih izotopa pedogenih karbonata (kalkreta) su također vrlo vrijedan indikator okoliša meteorske dijageneze, kao i odlično oruđe pri paleokolišnim rekonstrukcijama u kvartarnim sedimentima. Budući da je do sada napravljen vrlo mali broj detaljnih ihnoloških, sedimentoloških, pedo(dija)genetskih, mineraloških i izotopnih analiza površina diskontinuiteta, koje se pojavljuju u mezozojskim do kenozojskim karbonatnim sljedovima Vanjskih Dinarida, postoji potreba za njihovim istraživanjem. Unutar gornjokrednih do paleocenskih karbonatnih naslaga na području središnje Dalmacije (južni dio nekadašnje Jadransko-Dinaridske karbonatne platforme, ADCP), te u donjojurskim naslagama na području jugozapadne Slovenije, zabilježeno je nekoliko vrsta površina diskontinuiteta, uključujući subaerske površine izlaganja, marinske omisijske površine, te kompozitne površine, koje su karakterizirane dobro razvijenim i indikativnim ihnološkim, sedimentološkim, pedo(dija)genetskim, mineraloškim i izotopnim karakteristikama. Regionalni krednopaleogenski (KPg) subaerski nekonformitet, zabilježen u istraživanim formacijama Gornji Humac (konijaksanton; lokalitet Šibenik), Čiovo (gornji kampan; jugozapadni dio otoka Čiovo), te Sumartin (mastrihtpaleocen; zapadni dio otoka Hvara) na području središnje Dalmacije, karakteriziran je biogenim (beta mikrostrukturnim) kalkretama s rizolitima, uključujući in situ Microcodium agregate i tubule korijenja s razvijenom alveolarno-septalnom građom, laminiranim kalkretama i pizoidima (dijelom nastalim kalkretizacijom boksitnih naslaga), kao i tipičnim paleokrškim obilježjima (uključujući in situ i resedimentirane speleoteme). Faza regionalnog subaerskog izlaganja tijekom kasne krede do paleogena, koja je različito trajala na različitim dijelovima ADCP-a, uzrokovana je vrlo intenzivnim kasnokrednim sin-sedimentacijskim tektonskim zbivanjima koji su povezani s kolizijom Jadranske i Euroazijske ploče, što se također očituje i u diferenciranim taložnim okolišima na području ADCP-a tijekom tog razdoblja. Kredno IX paleogenski hijatus je interpretiran kao posljedica dijakronog i različitog izdizanja različitih dijelova platforme(i) kao odgovor na dijakroni forebulging (blago izdizanje predgorja) u fronti približavajućeg dinaridskog orogena. Unutar formacije Gornji Humac (konijaksanton; peritajdalni vapnenci taloženi u unutrašnjosti platforme) na lokalitetu Šibenik zabilježeno je nekoliko površina diskontinuiteta, uključujući marinske firmground-e i kompozitnu površinu. Dok Thalassinoides ihnorod (vjerojatno T. paradoxicus) koji pripada Glossifungites ihnofacijesu karakterizira stadij marinskog firmground-a u oba tipa zabilježenih diskontinuiteta, unutar bioturbacija kompozitne površine je naknadno došlo do razvoja rizogenih laminiranih kalkreta, što upućuje na to da je ova površina prošla kroz naknadni stadij subaerskog izlaganja. Na temelju asocijacije facijesa ispod i iznad dvaju firmground-a zabilježena na lokalitetu Šibenik, proizlazi da su ove površine mogle nastati kao posljedica pada relativne razine mora koji je uzrokovao razdoblje omisije. S druge strane, različite vrste ihnofosila (firmground Thalassinoides bioturbacije i rizogene laminirane kalkrete) zabilježene u kompozitnoj površini upućuju na to da je ova površina prošla kroz nekoliko perioda regresije i transgresije. Unutar formacije Dol (srednji do gornji kampan; padinski taložni okoliši) i nove litostratigrafske jedinice Čiovo (gornji kampan; taložni okoliš vanjske rampe) na jugozapadnom dijelu otoka Čiovo zabilježeno je nekoliko marinskih firmground-a, koji su karakterizirani Thalassinoides bioturbacijama koje pripadaju Glossifungites ihnofacijesu, te s fosfatnom mineralizacijom. Bočno prostiranje donjeg firmground-a koji markira granicu između podinske formacije Dol i krovinske formacije Čiovo veće je od 5 km, što upućuje na regionalnu važnost ovog diskontinuiteta. Do naglog oplićavanja taložnih okoliša na granici između formacija Dol i Čiovo te do nastanka donjeg firmground-a, moglo je doći zbog gornjokampanskog događaja (UCE) koji predstavlja globalni eustatski pad razine mora, koji je također zabilježen i regionalno na južnom dijelu ADCP-a (npr. otok Brač). Unutar donjojurskih dubljevodnih kondenziranih vapnenaca na području Trnovskog Gozda (lokalitet Kovk, jugozapadna Slovenija) (moguće povezanih s maksimumom transgresije tijekom ranog toarcija) zabilježen je firmground karakteriziran Thalassinoides bioturbacijama koje pripadaju Glossifungites ihnofacijesu. Bioklasti bodljikaša i intraklasti madstona, koji predstavljaju komponentu krovinskih bioklastično-intraklastičnih pekstona do grejnstona koji ispunjavanju bioturbacije, zahvaćeni su procesom glaukonitizacije. Glaukonitični minerali, čija je mineralogija dokazana rendgenskom difrakcijom na prahu i X koji predstavljaju dodatan dokaz marinske omisije, mogu biti karakterizirani i zrnatim habitusom, bez mogućnosti prepoznavanja porijekla primarnog supstrata. Negativne 13C (i u manjoj mjeri 18O) vrijednosti biogenih kalkreta, koje markiraju regionalni KPg subaerski nekonformitet na tri analizirana lokaliteta na području središnje Dalmacije (formacija Gornji Humac na lokalitetu Šibenik i formacija Čiovo na jugozapadnom dijelu otoka Čiovo) i istočne Istre (gornjokredni vapnenci na području Labin-Koromačno), značajno se razlikuju od vrijednosti stabilnih izotopa ugljika marinskih vapnenaca domaćina te upućuju na procese zamjene ugljikovih izotopa primarnog CaCO3 sa CO2 koji je nastao respiracijom korijenja i razgradnjom organske tvari u tlu. Postupno povećavanje vrijednosti 13C vapnenaca s povećavanjem dubine ispod površine subaerskog izlaganja (mogući obrazac obrnutog J trenda) na lokalitetu Šibenik također upućuje na subaersko izlaganje ovih gornjokrednih sljedova. Vrijednosti 13C (s rasponom od -13,1 do -8,2 VPDB) i 18O (s rasponom od -10,1 do -6,1 VPDB) svih vrsta KPg kalkreta koje su analizirane u ovom radu su u rasponu vrijednosti kalkreta zabilježenih u literaturi, te su također u rasponu vrijednosti kalkreta koje su zabilježene u recentnim i pleistocenskim subaerski izloženim karbonatnim profilima. Vrijednosti 13C svih vrsta KPg kalkreta, a posebice drugog tipa biogenih kalkreta s tipičnim Microcodium agregatima zabilježenih na lokalitetu Šibenik (13C vrijednosti od -13,1 do -12,3 VPDB), su vrlo blizu ili na donjoj granici apsolutnih vrijednosti pedogenih karbonata koji nastaju u izotopnoj ravnoteži sa CO2 iz tla (-13 do -12 PDB). Ove se vrijednosti očekuju za autigene pedogene karbonate koji su nastali pod isključivim utjecajem C3 zajednice biljaka, te bez očitog unosa izotopno težeg ugljika porijeklom iz primarnih karbonata ili iz atmosferskog CO2. Iako tako niske vrijednosti 13C kalkreta podržavaju interpretaciju da su Microcodium agregati precipitirani pod izravnom biološkom kontrolom unutar tla, otkrivanje preciznih i točnih mehanizama nastanka Microcodium agregata (npr. rizogeni model ili stvaranje pod utjecajem metaboličke aktivnosti mikroba u rizosferi), kao i definiranje njihovog utjecaja na vrijednosti stabilnih izotopa autigenih pedogenih karbonata, zahtijeva daljnja istraživanja. Vrijednosti 13C (od -4,4 do -3,6 VPDB) rizogenih kalkreta, koje su nastale unutar firmground Thalassinoides bioturbacija koji karakteriziraju kompozitnu površinu unutar formacije Gornji Humac na lokalitetu Šibenik, su negativniji od 13C vrijednosti marinskih vapnenaca domaćina te potvrđuju da je kompozitna površina prošla kroz fazu meteorske pedo(dija)geneze. No, vrijednosti 13C kalkreta su manje negativne od vrijednosti koje se očekuju za pedogene karbonate koji su nastali pod prevladavajućim utjecajem C3 zajednice XI biljaka, što upućuje na to da ovdje zabilježene 13C vrijednosti odražavaju kontaminaciju uzoraka s asociranim marinskim karbonatom. Sekundarni karbonati u tlima nastaju u izotopnoj ravnoteži s CO2 u tlu, koji nastaje uglavnom respiracijom korijenja i mikrobijskim raspadom organske tvari u tlu. Potencijalna buduća istraživanja vrijednosti stabilnih izotopa ugljika (13C) i apsolutno datiranje metodom C-14 pedogenih karbonata (prvenstveno rizoliti i kalcificirane stanice korijenja) i asocirane organske tvari (npr. lipida), koje nalazimo u raznim vrstama kvartarnih naslaga na području Hrvatske (npr. sljedovi les-paleotlo u Istri, Kvarneru i u istočnoj Hrvatskoj), mogle bi pridonijeti boljem razumijevanju i nadogradnji paleookolišnih interpretacija u razdoblju kvartara. Ihnološke, sedimentološke, pedo(dija)genetske, mineraloške, te izotopne značajke površina diskontinuiteta analiziranih u ovom radu, kao i njihove stratigrafske implikacije, mogu se koristiti pri identifikaciji, karakterizaciji i interpretaciji diskontinuiteta prisutnih u karbonatnim naslagama različite starosti.Discontinuity surfaces resulting from breaks in sedimentation and representing hiatuses independent of their duration are key horizons in the sedimentary record. Various types of discontinuity surfaces are included under this non-interpretative term, including marine firmgrounds and hardgrounds, subaerial exposure surfaces, as well as composite (or polygenic) surfaces. Discontinuity surfaces are useful marker horizons for correlation of stratigraphic sections and are highly applicable in carbonate sequence stratigraphy. The significance of substrate-controlled trace fossil suites and calcretes, as well as authigenic marine mineralization, for genetic interpretations of discontinuity surfaces has been emphasized by many researchers. Stable isotopic signatures of pedogenic carbonates (calcretes) also represent a very valuable indicator of meteoric diagenesis, and are commonly used for paleoenvironmental reconstructions in Quaternary deposits. There are only a few records of detailed ichnological, sedimentological, pedo(dia)genetic, mineralogical and isotopic analyses of discontinuity surfaces present in the Mesozoic to Cenozoic carbonate successions of the External Dinarides, which also emphasizes the need for continuing investigation of such surfaces. Several types of discontinuity surfaces, including subaerial exposure, marine omission and composite surfaces, characterized by well-developed and indicative ichnological, sedimentological, pedo(dia)genetic, mineralogical, and isotopic signatures, were recorded within Upper Cretaceous to Paleocene carbonate deposits in central Dalmatia (southern part of the Adriatic-Dinaridic Carbonate Platform, ADCP) and Lower Jurassic deposits in southwestern Slovenia. The regional Cretaceous to Paleogene (KPg) subaerial unconformity, investigated in the Gornji Humac (ConiacianSantonian; Šibenik locality), Čiovo (Upper Campanian, southwestern part of the Island of Čiovo), and Sumartin (MaastrichtianPaleocene; western part of the Island of Hvar) Formations, is characterized by biogenic (beta microfabric) calcretes with rhizoliths, including in situ Micocodium aggregates and root tubules with alveolar-septal structure, laminar calcretes and pisoids (partly formed by bauxite calcretization), as well as typical paleokarst features (including in situ and re-sedimented speleothems). The Late Cretaceous to Paleogene regional emergence phase of variable duration on different parts of the ADCP was caused by very intensive Late Cretaceous syn-sedimentary tectonics related to the collision of Adria with the Eurasian plate. This is reflected in differentiated depositional settings within the ADCP domain during this time period. The KPg hiatus is interpreted as a consequence of diachronous and differential XIII uplifts of various parts of the platform(s) in response to diachronous forebulging in front of the approaching Dinaridic orogen. Several intraformational discontinuity surfaces, including firmground and composite surfaces, were recorded within the Gornji Humac Formation (ConiacianSantonian; intra-platform peritidal limestones) at the Šibenik locality. Thalassinoides boxworks (probably T. paradoxicus) of the Glossifungites ichnofacies characterize the submarine firmground stage in both types of intraformational discontinuities. Rhizogenic laminar calcretes developed subsequently inside burrows of the composite surface and indicate that this surface also experienced subaerial exposure. According to facies associations below and above the two recorded firmgrounds, these surfaces may have formed due to relative sea-level fall, which caused a phase of omission. Different types of trace fossils (firmground Thalassinoides bioturbations and rhizogenic laminar calcretes) recorded in the composite surface indicate that it may have experienced several stages of regression and transgression. Several marine firmgrounds, characterized by Thalassinoides bioturbations of the Glossifungites ichnofacies and phosphatic mineralization, were recorded within the Dol (MiddleUpper Campanian slope deposits) and Čiovo (new lithostratigraphic unit; Upper Campanian outer ramp deposits) Formations, located in the southwestern part of the Island of Čiovo. Lateral extent of the lower firmground (more than 5 km), which marks the boundary between the underlying Dol and the overlying Čiovo Formations, indicates at least regional importance of this firmground. Abrupt shallowing of depositional environments at the boundary between the Dol and the Čiovo Fms, together with development of the formational boundary firmground, likely correlate with the regionally recorded (southern part of the ADCP, e.g. Island of Brač) Upper Campanian Event (UCE) that represents a global eustatic fall in sea-level. Firmground, characterized by Thalassinoides bioturbations of the Glossifungites ichnofacies, was recorded within the Lower Jurassic deeper-water condensed limestones (possibly connected with the major Early Toarcian transgressive peak) at the Trnovski Gozd (Kovk locality, southwestern Slovenia). Echinoderm bioclasts, as well as mudstone intraclasts, which represent a component of the overlying bioclastic-intraclastic packstone deposits that infill the firmground burrows, show signs of glauconitization. Glauconitic minerals, which were identified by X-ray powder diffraction analysis and which represent an additional evidence for marine omission, are also characterized with granular habit (with completely overprinted primary substrate). XIV Distinctly negative 13C (and to a lesser extent 18O) signatures of biogenic calcretes marking the regional KPg subaerial unconformity in the three analysed localities from central Dalmatia (Gornji Humac Formation at the Šibenik locality and Čiovo Formation on the Island of Čiovo) and eastern Istria (Upper Cretaceous carbonates at the Labin-Koromačno area) differ significantly from carbon isotopic signatures of primary marine limestones, and reflect carbon isotope exchange of primary marine CaCO3 with CO2 released by root and rhizomicrobial respiration and subsequent precipitation of pedogenic calcrete. A trend of increasing 13C values of the underlying marine limestones with increasing depth from the subaerial unconformity (possible inverted J trend) in the Šibenik locality is also an indication of subaerial exposure of these Upper Cretaceous successions. The 13C values (ranging from -13.1 to -8.2 VPDB) and 18O (from -10.1 to -6.1 VPDB) of all calcrete types analysed here are similar to those reported from calcretes elsewhere, with the 13C values also in the range of calcretes recorded in Recent and Pleistocene subaerially exposed carbonate profiles. The 13C values of all calcrete types, and especially of the second type of biogenic calcretes with typical Microcodium aggregates at the Šibenik locality (13C values of -13.1 to -12.3 VPDB), are very close to or are at the absolute limit values for soil carbonates formed in isotopic equilibrium with soil CO2 (-13 to -12 PDB). These values are expected for authigenic pedogenic carbonates formed exclusively under the influence of C3 plant communities, and without any apparent input of heavier carbon from pre-existing carbonate deposits or from atmospheric CO2. Although such low 13C values of calcretes support the interpretation of Microcodium aggregates as being precipitated under a direct biological control within the soil, the exact formation mechanisms of Microcodium (e.g., rhizogenic, metabolic activity of rhizosphere microbes) and their influence on stable isotope signatures of authigenic pedogenic carbonates require further investigation. The 13C values (-4.4 to -3.6 VPDB) of rhizogenic calcretes formed inside firmground Thalassinoides burrows of the composite surface recorded within the Gornji Humac Formation at the Šibenik locality are more negative than the 13C values of host marine limestones, and confirm that the composite surface went through a phase of meteoric pedo(dia)genesis. However, the overall 13C values of calcretes are more positive than those expected to have formed under the conditions of prevailing C3 plant communities, and are interpreted to reflect contamination with associated marine carbonate. Secondary carbonates in soils and paleosoils may form in isotopic equilibrium with soil CO2, which derives mainly from root respiration and microbial decomposition of soil organic matter. Potential future investigation of stable isotopic carbon signatures (13C), as well as XV radiocarbon dating of pedogenic carbonates (e.g., rhizoliths and calcified root cells) and associated organic matter (e.g., lipids), which can be found in various Quaternary deposits in Croatia (e.g., loess-paleosoil sequences in Istria, Kvarner and in eastern Croatia), may bring to better understanding and improving of paleoenvironmental interpretations of the Quaternary period. Ichnological, sedimentological, pedo(dia)genetic, mineralogical and isotopic signatures of the documented discontinuity surfaces, together with their stratigraphic implications, may be used in identification, characterization, and interpretation of discontinuities from carbonate successions of different stratigraphic age