大连金州湾寒武系毛庄组微生物碳酸盐岩生物丘复合体

寒武纪苗岭世早期的毛庄组沉积时期,华北地台围绕着西北部的古陆分布着两个沉积相带,靠近古陆的是局限潮坪相带,远离古陆的是开阔潮坪相带,前者以海侵体系域的干旱红层或海岸萨布哈沉积与高水位体系域的潮坪相白云岩沉积序列为特征,后者则以海侵体系域的潮坪相砂泥岩与开阔海台地相(潮下坪)灰岩沉积序列为特征;大连金州湾剖面的毛庄组,属于远离古陆的开阔潮坪相带的产物,在其高水位体系域中为一套夹有鲕粒灰岩的叠层石与均一石生物丘灰岩,组成一个特别的生物丘复合体。以下特征表明,这个微生物碳酸盐岩生物丘复合体代表着一个较为罕见的蓝细菌主导的微生物席形成的微生物碳酸盐岩的典型实例:①在生物丘复合体第一个单元的大型柱状和穹隆状砂泥质叠层石中发现孢网菌状组构,说明了这些叠层石属于蓝细菌微生物席的钙化作用产物;②在第二个单元均一石灰岩生物丘中,见到少量丝状蓝细菌鞘化石,表明均一石可能为较厚的蓝细菌微生物席的钙化作用产物;③在小型柱状叠层石组成的顶部单元中,保存较好的蓝细菌泥晶纹层、以及充填在叠层石柱体之间的基质中的蓝细菌团块,较为特征地说明了这些小型柱状叠层石是蓝细菌所主导的微生物席的建造物;④在鲕粒灰岩组成的第三个单元中,鲕粒边缘中的丝状蓝细菌鞘化石,表明了鲕粒的蓝细菌生物膜成因。因此,毛庄组生物丘复合体构成了一个壮观的沉积学现象,成为窥视"显生宙早期第一幕蓝细菌钙化作用事件"的典型实例。     

河北承德寒武系凤山组叠层石生物丘中的沉积组构

河北承德路通沟剖面芙蓉统凤山组中部发育厚层块状叠层石生物丘,构成一个淹没不整合型层序的强迫型海退体系域,指示这些叠层石形成于中高能浅海环境。该生物丘宏观上主要由柱状叠层石组成,叠层石内部纹层较粗糙,在构成叠层石的致密泥晶和微亮晶组构中,还见到球粒、底栖鲕粒及凝聚颗粒等多种生物成因颗粒类型,代表着复杂的微生物活动特征,以此而区别于前寒武纪的叠层石。更为重要的是,叠层石生物丘中的致密泥晶基质中发育一些“石松藻(Lithocodium)”状的钙化蓝细菌菌落残余物,以及一些丝状钙化蓝细菌化石,指示了形成叠层石的微生物席为蓝细菌所主导的微生物席。因此,凤山组叠层石生物丘内复杂而特殊的碳酸盐岩沉积组构为研究叠层石形成过程中复杂的微生物代谢活动所产生的钙化作用机制提供了一个宝贵的地质实例。     

寒武纪芙蓉统均一石沉积组构及环境特征——以河北涞源长山组为例

均一石以隐晶质岩性、无纹层与凝块结构发育为特征,与叠层石、凝块石、树形石并列为典型的微生物岩。然而,由于均一石在1995年命名以来很少在地层记录中得到识别和描述,并且缺乏现代实例的类比物,使得关于均一石的报道极具研究价值。为研究华北地台寒武系均一石沉积组构与形成环境特征,系统性地针对河北涞源祁家峪剖面芙蓉统长山组均一石生物丘进行研究。芙蓉统长山组从下部陆棚相钙质泥岩向上变浅至浅缓坡相厚层块状泥晶灰岩,组成了一个淹没不整合型三级层序。三级层序顶部的浅缓坡相厚层块状泥晶灰岩层,代表强迫型海退过程沉积,其内部发育一系列米级均一石生物丘。研究结果表明,这些生物丘主体为致密泥晶及少量微量晶组成,其中可见到附枝菌(Epiphyton)、葛万菌(Girvanella)、肾形菌(Renalcis)等钙化微生物化石。这些钙化微生物(蓝细菌)化石的出现,代表了显生宙第一幕蓝细菌钙化作用事件的证据,同时间接的说明均一石生物丘形成于蓝细菌主导的微生物席的钙化作用过程之中。同时,生物丘内还局部集中发育底栖鲕粒与草莓状黄铁矿颗粒,表明了生物丘形成过程中复杂的微生物沉积作用机制。因此,河北涞源长山组顶部的均一石生物丘,尽管泥晶和微亮晶是其基本构成,但是各种钙化蓝细菌化石以及底栖鲕粒与草莓状黄铁矿颗粒的局部出现表明了在蓝细菌主导的微生物席中复杂的微生物活动信号,成为了解生物丘形成机制、显生宙第一幕蓝细菌钙化作用事件的典型实例。     

寒武系凝块石生物丘的沉积组构:以鲁西地区张夏组为例

凝块石是一种不具纹层状组构的微生物碳酸盐岩,与纹层状组构的叠层石形成鲜明对照。鲁西地区寒武系张夏组中的凝块石生物丘主要由致密泥晶和微亮晶组成的团块构成,在团块中可见到细胞外聚合物质(EPS)钙化作用的残余物及钙化蓝细菌化石。在复杂的微观组构中,表现出球状结构、片状、席状及蜂窝状结构的EPS钙化残余物,说明凝块石中团块的形成是一个复杂的有机矿化作用过程。这些EPS钙化残余物与较为普遍的致密泥晶和钙化蓝细菌化石一起,为了解凝块石的形成机理提供了一些重要信息。因此,对凝块石生物丘的分析也为今后的深入研究提供了一个重要线索和思考途径。     

寒武系张夏组鲕粒滩中微生物碳酸盐岩主导的生物丘：以河北秦皇岛驻操营剖面为例

华北地台的寒武系苗岭统,大致包括毛庄组、徐庄组、张夏组和崮山组,这些组分别组成相应的三级沉积层序,在它们的顶部集中发育着鲕粒滩相灰岩而构成强迫型海退沉积,成为时间特化的相,代表着鲕粒主导的特别的寒武纪碳酸盐岩台地类型,表现在浅海陆架中大面积分布鲕粒滩,而且在这样的鲕粒滩中生长和发育着微生物碳酸盐岩主导的生物丘;河北省秦皇岛市驻操营剖面的张夏组上部鲕粒滩相灰岩中的生物丘正是上述现象最为典型的代表。虽然类似的现象曾经被描述为"藻坪"沉积,或者笼统地归为"微生物礁",但是,河北省秦皇岛市驻操营剖面的张夏组上部鲕粒滩相灰岩中的生物丘,以下现象不但将其特征化而且代表着壮观的沉积学现象:(1)在强迫型海退体系域的下部与鲕粒滩相灰岩交互产出的主要是柱状叠层石生物丘;(2)在张夏组顶部则以集中产出的均一石和树形石生物丘为特征;(3)下部的柱状叠层石生物丘中主要包括石松藻(Lithocodium)-孢网菌(Bacinella)状组构的钙化蓝细菌;(4)在上部集中产出的均一石与树形石生物丘,则发育着丝状钙化蓝细菌、基座菌(Hedstroemia)和附枝菌(Epiphyton)之类的多样化的钙化蓝细菌。由于石松藻(Lithocodium)-孢网菌(Bacinella)状组构的钙化蓝细菌是一种灭绝了的浅海生命形式,而且是不知道分类位置归属的生命形式,尤其是石松藻(Lithocodium)状组构近年来在寒武纪微生物碳酸盐岩研究中多被解释为"硅质海绵骨针的网状物"或"非骨针角质海绵骨骼纤维",再考虑到均一石自从命名以来很少描述在古老的地层记录之中,因此,驻操营剖面张夏组上部多样化微生物碳酸盐岩所主导的生物丘,以及生物丘中特别而且多样的钙化蓝细菌化石构成,为了解蓝细菌主导的光合作用微生物席复杂的钙化作用形成微生物碳酸盐岩提供了较为典型的实例。     

蓝细菌微生物席主导的芙蓉统均一石生物丘:以河北涞源祁家峪剖面为例

基于中等尺度的构造特征,常常将微生物碳酸盐岩划分为四个类型：纹层状的叠层石、凝块状的凝块石、贫乏构造的均一石、树枝状的树形石;在其中,均一石被定义为相对贫乏构造和非晶质的中等构造,而且作为“隐秘微生物”的同义语曾经与凝块石相混用。华北地台的芙蓉统,包括长山组和凤山组,可以进一步划分为3个淹没不整合面型三级沉积层序;在这些三级层序的强迫型海退体系域中,常常集中产出各种微生物碳酸盐岩所主导的生物丘,河北涞源祁家峪剖面的芙蓉统就是一个较为典型的实例。在该剖面,两套较为典型的均一石生物丘灰岩构成了较为壮观的沉积学现象,其内部特别的非均一组构与贫乏构造的宏观特征形成了强烈的反差,从而将这些均一石生物丘特征化,包括：① 钙化蓝细菌化石如基座菌、葛万菌,以及可以类比于第谷菌的丝状蓝细菌鞘化石;② 底栖鲕粒;③ 肾型菌状的钙化生物膜残余物;④ 海绵木乃伊;⑤底栖鲕粒填充的生物潜穴;⑥包覆着海绵木乃伊和生物潜穴的微叠层石。这些特征,表明了这些均一石生物丘可能形成于蓝细菌细胞外聚合物质（EPS）复杂的钙化作用,而且这样的EPS是蓝细菌微生物席及其内部的多重状生物膜的基本有机基质构成。由于均一石缺乏现代可以类比的典型实例,而且在其命名之后也很少描述在在古老的地层记录中,所以,河北涞源祁家峪剖面芙蓉统中的均一石生物丘为了解均一石形成的复杂机理提供了一个最为典型的实例。     

蓝细菌繁荣滋养的苗岭世光养碳酸盐岩工厂:以安徽寿县卧龙山剖面崮山组为例

描述、界定和解释无穷多样的碳酸盐岩始终是一个谜团,因为许多复杂的问题只有推测性的答案.碳酸盐生产作用体系形象化地定义为碳酸盐岩工厂,最原始的定义是指小于15 m深的清澈浅水环境,因为这是绝大多数碳酸盐生产者的聚居地;后来,基于能量来源,对海相碳酸盐岩工厂提出了一个富有智慧的双重划分,即光养工厂和异养工厂.随着对碳酸盐沉淀作用样式的深入了解,产生了浅海碳酸盐岩工厂或生产作用体系的三重划分,而且被进一步形象化地简称为:①T-工厂,T源于热带或水柱顶部的涵义;②C-工厂,C代表着冷水或受到控制的沉淀作用;③M-工厂,在这里M意味着微生物、泥晶和泥丘.寒武纪苗岭世浅水碳酸盐岩工厂,具有以下两个方面的特殊性:首先是光养的,其次是微生物的(蓝细菌繁荣所滋养的),因此可以识别出两个特别的工厂,即光合作用生物膜诱发的放射鲕粒主导的光养T工厂、以及占据着T-工厂位置的蓝细菌微生物席建造的微生物礁主导的光养-M工厂.安徽寿县卧龙山剖面的寒武系苗岭统崮山组,从凝缩段的陆棚相泥岩变浅至强迫型海退体系域浅缓坡相鲕粒滩相灰岩和均一石主导的微生物礁灰岩,形成一个淹没不整合面所限定的三级层序.一个从微生物放射鲕粒滩到均一石主导的微生物礁的沉积序列,组成了该层序的强迫型海退体系域.下部的放射鲕粒主导的鲕粒滩相灰岩,在鲕粒核心、鲕粒皮层以及鲕粒间的泥晶团块或凝块之中,表现出高密度保存的而且较为肯定地类比于现代织线菌的丝状葛万菌化石,表明了光合作用生物膜诱发了放射鲕粒皮层的放射纤维状方解石的沉淀作用,所以不能理解为非生物成因的沉淀物,从而进一步表明鲕粒滩相灰岩代表着一个特别的光养-T工厂;覆盖在鲕粒滩相灰岩之上的均一石主导的微生物礁,也发育着高密度保存而且占据着超过一半体积或面积的丝状葛万菌,从而代表着一个占据着T-工厂位置的特别的光养M-工厂.因此,一个特别的从光养T-工厂到光养M-工厂的演变序列,发育在寒武纪苗岭世较高的大气圈二氧化碳和氧气含量之下的蓝细菌繁荣的方解石海之中.这些现象和重要发现,为进一步了解寒武纪时期与生物矿化作用得到进化的寒武纪后生动物大爆发相重合、以及与蓝细菌繁荣相关联的有机矿化作用产生的光养微生物碳酸盐岩工厂,提供了一个较为罕见的实例.     

华北地台马沟剖面寒武系苗岭统微生物岩的组构特征、沉积环境和地质意义

华北地台大约从寒武纪第二世的晚期开始接受沉积,超覆在前寒武-寒武纪“巨型不整合面”之上,形成了一套二级海侵背景下的厚层陆表海硅质碎屑岩-碳酸盐岩混积序列,这套特别的地层序列在苗岭统和芙蓉统中包含了多种多样的微生物岩。研究区苗岭统出露较为完整,包括毛庄组、徐庄组、张夏组和崮山组,分别构成4个三级层序即SQ1至SQ4。在SQ2的高位体系域和强迫型海退体系域中,以及SQ3的高位体系域中发育了较为特别的由微生物岩构成的生物层、生物丘或生物丘复合体。微生物岩的种类和沉积环境包括形成于正常浪基面以下、潮下带低能环境的类型I迷宫状微生物岩,潮下带上部至潮间带中-高能环境的类型II和类型III迷宫状微生物岩,风暴浪基面之上浅水环境中的均一石,潮间带短柱状叠层石和潮上带近水平缓波状叠层石,以及高能鲕粒滩中的小型叠层石生物丘。通常认为寒武系苗岭统的微生物岩（礁）以凝块石和树形石为特征,而本次研究在苗岭统中发现了迷宫状微生物岩和均一石,补充丰富了对寒武系微生物岩（礁）多样化和复杂化构成的认识。无论是在迷宫状微生物岩、均一石中,还是叠层石中,都见到了一种或多种钙化蓝细菌（鞘）化石,如葛万菌（Girvanella）、附枝菌（Epithyton）和基座菌（Hedstroemia）等,以及大量的钙化微生物席残余物,表明这些微生物岩是由蓝细菌所主导的微生物席的复杂的钙化作用产物,而大量呈弥散状分布的黄铁矿晶体或颗粒则表明硫酸盐还原菌等非光合作用细菌和异养细菌可能在促进碳酸盐沉淀过程中扮演了重要角色。     

河北秦皇岛驻操营剖面寒武系张夏组均一石生物丘沉积特征

河北秦皇岛驻操营剖面寒武系张夏组顶部强迫型海退体系域集中发育一套数十米厚的均一石生物丘,指示这些均一石形成于浅海、高能环境。通过野外考察及镜下观察,分析该区均一石的形成机制及沉积环境。结果表明：均一石生物丘为灰白色致密均一的块状泥晶灰岩,无明显宏观构造,直接覆盖在下部叠层石生物丘之上。在显微镜下,均一石由致密泥晶和少量微亮晶构成。其中,致密泥晶中发现多样化的钙化蓝细菌鞘化石,包括基座菌(Hedstroemia)、附枝菌(Epiphyton)、肾形菌(Renalcis)以及葛万菌(Girvanella),表明均一石形成于微生物复杂的代谢作用及诱发碳酸盐原地沉淀作用。更为特别的是,均一石中可见底栖鲕粒和白云石晶体,表明在富营养条件下,其产出过程中较为明显的与球状微生物膜钙化作用相关的显微组构以及白云石选择性表达。均一石自命名以来相关实例并不多,秦皇岛张夏组中均一石生物丘为了解均一石的形成机制与沉积环境提供了一个典型实例。     

寒武纪丝状蓝细菌生物膜主导和诱发的巨型鲕粒:以河南新安县石井剖面苗岭统徐庄组为例*

多样化的产出环境和30×10⁸年的分布历史表明,鲕粒成因一直是一个谜一样的沉积学难题,争论的关键问题是其究竟是有机(微生物)成因还是无机成因。来自于华北地台寒武系苗岭统徐庄组鲕粒滩相灰岩顶部的方解石巨鲕表现出同心状、放射—同心状和泥晶质的沉积组构,在鲕粒核心和鲕粒皮层中保存着精美的葛万菌(Girvanella)化石所主导的光合作用生物膜的钙化作用残余物,这为研究鲕粒形成与光合作用生物膜之间复杂的成因联系提供了一个较为直接的微生物证据,因为葛万菌可相对较为肯定地类比于近代的钙化织线菌(Plectonema)丝状蓝细菌化石。所以说,在伴随着后生动物辐射的寒武纪蓝细菌繁盛的方解石海中,尽管形成放射状鲕粒皮层的放射纤维状方解石的沉淀作用机理还没有得到完全彻底的了解,但是这些巨鲕确实表现出光合作用生物膜诱发、滋养并促进了鲕粒形成的直接证据,进一步支持了“鲕粒沉积可以作为一种不同的微生物岩体系新类型”的重要科学理念。     

光合作用生物膜诱发的放射鲕粒:以江苏徐州贾旺剖面寒武系苗岭统张夏组为例*

几年来针对巴哈马现代文石鲕粒的持续性研究表明,微生物和细胞外聚合物质(EPS)在鲕粒的形成和发育中起着关键而重要的作用,从而产生了一个重要的认识,即: 鲕粒可以看作是“纹层状的有机沉积构造”并遵循着微生物岩体系的一些形成特征。但是,鲕粒30亿年的发育历史、多样化的产出环境、特征性的矿物构成和各种各样的沉积组构,确实赋予了鲕粒生长和形成机理的复杂性和神秘性,因为鲕粒在何处而且如何形成、以及鲕粒究竟记录着何种生物与非生物过程的许多问题还存在剧烈争论。来自于江苏徐州贾旺剖面苗岭统张夏组上部鲕粒滩相灰岩,由较为典型的方解石放射鲕粒所组成,表现出放射状、放射—同心状和泥晶质的沉积组构,而且在鲕粒核心、鲕粒皮层以及在鲕粒间的不规则团块或凝块的暗色泥晶质构成中高密度地保存着精美的葛万菌(Girvanella)化石,进一步表明了这些暗色泥晶构成代表着较为特征的光合作用生物膜,从而提供了一个苗岭世方解石海中放射鲕粒形成较为直接的微生物证据,以及与光合作用生物膜之间复杂的成因联系,因为葛万菌是相对较为肯定地类比于近代钙化织线菌(Plectonema)的丝状蓝细菌化石,尽管还可类比于现代的伪枝菌(Scytonema)。虽然形成放射状鲕粒皮层的放射纤维状方解石的沉淀作用确实不能解释为直接的微生物沉淀作用的结果,但是,这些放射鲕粒确实表现出光合作用生物膜诱发、滋养并促进了放射纤维状方解石皮层增生作用的重要证据,为拓宽“鲕粒谜”的阐释提供了一个较为重要的典型实例,而且还成为寒武纪苗岭世方解石海与后生动物辐射相耦合的蓝细菌繁荣的重要证据。     

Microbially induced cementation of carbonate sands: are micritic meniscus cements good indicators of vadose diagenesis?

Characteristic fabrics such as micrite envelopes, calcified filaments and micritic grain-to-grain bridges are observed in a modern subtidal firmground (Wood Cay, Bahamas) and in a variety of firm- and hardgrounds of Lower Cretaceous and Upper Jurassic platform carbonates (Swiss and French Jura Mountains). Their similarity to microbial fabrics described in grapestones and in intertidal to continental vadose environments suggests that microbial activity played an important role in the initial stabilization and cementation of carbonate sands. 'Meniscus-type cements' (to distinguish them from vadose meniscus cements), which clearly formed in subtidal environments, are related to filament calcification, trapping of percolating micrite and microbially induced carbonate formation. Such meniscus-type cements are commonly micritic, but meniscus-shaped precipitation of fibrous aragonite or sparitic calcite around organic filaments is also observed. Therefore, an interpretation of vadose early diagenesis should not be based on meniscus cements alone. Similarly, subtidally formed filamentous structures can strongly resemble alveolar septal structures and be interpreted incorrectly as related to subaerial exposure.     

辽东半岛复州湾剖面寒武系第二统光合作用生物膜建造的核形石

作为一种经常大于鲕粒的包覆颗粒类型,核形石以其不平滑的圈层被解释为微生物成因,区别于成因存在较大争议的鲕粒,而且常与鲕粒和其他类型的碳酸盐颗粒相互共生;作为一种在围绕着生物碎屑和非生物碎屑核心的序列式纹层化作用过程中形成的球形或假球型生物沉积构造,核形石还常常单独产出和分布,所以又被解释为微生物碳酸盐岩,或者被归为球状叠层石。在辽东半岛寒武系第二统碱厂组和馒头组之中,厘米级别大小的核形石密集发育在三级层序的顶部,成为一种时间特化的相。另外,以下重要特征将辽东半岛寒武系第二统的核形石特征化,包括:(1)与凝块和微凝块共生;(2)多为球状和椭球状;(3)由不均一的非纹层状致密泥晶和微亮晶构成;(4)核形石皮层以及核形石间凝块中发育特别的蓝细菌鞘钙化化石等。尽管穿越成岩作用过滤器去解释古代核形石复杂的形成机理存在着巨大的挑战,也尽管形成这些核形石的复杂生物膜钙化作用细节需要更加深入地研究才能得到更好地了解,但是,辽东半岛第二统碱厂组和馒头组核形石中直接的微生物化石证据,尤其是核形石内较为丰富的钙化蓝细菌鞘化石,使其成为一个了解光合作用生物膜建造核形石的典型实例。     

埃迪卡拉纪—寒武纪之交微生物岩特征对比及古海洋学意义: 以汉南—米仓山地区为例*

寒武纪初期不仅发生了宏体生物大爆发,而且也出现了地质历史时期少见的蓝细菌鞘体大规模钙化事件。埃迪卡拉纪—寒武纪之交海水化学性质的转变对真核生物的演化起到了重要作用,但是这种转变对微生物岩发育特征以及蓝细菌钙化事件的产生有无影响,目前尚不明确。鉴于此,对华南上扬子北缘汉南—米仓山地区上埃迪卡拉统—寒武系第二统多个典型微生物岩发育剖面进行了系统野外调查和室内岩石学分析,结果表明:上埃迪卡拉统灯影组叠层石广泛发育,以平铺状、缓波状特征为主,而凝块石既可以呈补丁状分布于叠层石纹层间,又可以呈细小的凝絮状、粘结状特征构成厚层岩层;寒武系第二统仙女洞组叠层石丰度显著降低,以高大、坚硬的丘状隆起为特点,包括单独的凝块石丘,以及微生物与古杯的联合建丘。虽然寒武系第二统微生物岩的层状结构和凝块结构与埃迪卡拉系相比并无太大差异,但是寒武系微生物岩内部保存有大量的钙化微生物化石,已识别出附枝菌(Epiphyton)、肾形菌(Renalcis)和葛万菌(Girvanella)等多种类型。在收集、整理前人有关微生物岩特征和发育资料的基础上,本次研究初步整理出华南寒武系第二统微生物岩的时空分布特点,发现寒武纪第二世第三期是钙化微生物大量发育的一个时期,在随后的第四期达到一个小的高峰。对于此次蓝细菌钙化作用幕的启动机制,除前人提出的海水高钙离子浓度和蓝细菌体内二氧化碳浓缩机制等认识外,寒武纪早期海水性质的转变(方解石质原生矿物受成岩改造程度较低)、适度的陆源碎屑输入(黏土组分保护作用)也有利于钙化微生物结构的保存,应引起重视。     

Microbe–mineral interactions: early carbonate precipitation in a hypersaline lake (Eleuthera Island, Bahamas)

Microbialites (benthic microbial carbonate deposits) were discovered in a hypersaline alkaline lake on Eleuthera Island (Bahamas). From the edge towards the centre of the lake, four main zones of precipitation could be distinguished: (1) millimetre‐sized clumps of Mg‐calcite on a thin microbial mat; (2) thicker and continuous carbonate crusts with columnar morphologies; (3) isolated patches of carbonate crust separated by a dark non‐calcified gelatinous mat; and (4) a dark microbial mat without precipitation. In thin section, the precipitate displayed a micropeloidal structure characterized by micritic micropeloids (strong autofluorescence) surrounded by microspar and spar cement (no fluorescence). Observations using scanning electron microscopy (SEM) equipped with a cryotransfer system indicate that micrite nucleation is initiated within a polymer biofilm that embeds microbial communities. These extracellular polymeric substances (EPS) are progressively replaced with high‐Mg calcite. Discontinuous EPS calcification generates a micropeloidal structure of the micrite, possibly resulting from the presence of clusters of coccoid or remnants of filamentous bacteria. At high magnification, the microstructure of the initial precipitate consists of 200–500 nm spheres. No precipitation is observed in or on the sheaths of cyanobacteria, and only a negligible amount of precipitation is directly associated with the well‐organized and active filamentous cyanobacteria (in deeper layers of the mat), indicating that carbonate precipitation is not associated with CO₂ uptake during photosynthesis. Instead, the precipitation occurs at the uppermost layer of the mat, which is composed of EPS, empty filamentous bacteria and coccoids (Gloeocapsa spp.). Two‐dimensional mapping of sulphate reduction shows high activity in close association with the carbonate precipitate at the top of the microbial mat. In combination, these findings suggest that net precipitation of calcium carbonate results from a temporal and spatial decoupling of the various microbial metabolic processes responsible for CaCO₃ precipitation and dissolution. Theoretically, partial degradation of EPS by aerobic heterotrophs or UV fuels sulphate‐reducing activity, which increases alkalinity in microdomains, inducing CaCO₃ precipitation. This degradation could also be responsible for EPS decarboxylation, which eliminates Ca²⁺‐binding capacity of the EPS and releases Ca²⁺ ions that were originally bound by carboxyl groups. At the end of these processes, the EPS biofilm is calcified and exhibits a micritic micropeloidal structure. The EPS‐free precipitate subsequently serves as a substrate for physico‐chemical precipitation of spar cement from the alkaline water of the lake. The micropeloidal structure has an intimate mixture of micrite and microspar comparable to microstructures of some fossil microbialites.     

Ultrastructure of a microbial mat-generated phosphorite

Optical and SEM observations of phosphorites reveal that mineralization is concentrated on ooids and micro-oncoids. The coated grains occur within microbial mats. Microbial mats represent the formational environment of the ooids and oncoids. Both coated grains and mats exhibit similar filamentous micro-organisms. The mat filaments show no fixed orientation and they merge with the concentrically oriented filaments of the coated grains. The branching nature and chlamydospore-like structures of filaments suggest that both mat and coated grains have been formed by fungi. Some coated grains appear to have been slightly disturbed and sometimes mobilized from their sites of formation due to separation from the parent mat resulting perhaps from contraction/fragmentation. The voids so created within the mat had been later filled with either micrite or sparite.     

Ultrastructural Evidence for a Novel Accumulation of Ca in a Microbial Mat from a Slight Acidic Hot Spring

<正>Microbial mats are ecosystems that can control or induce the precipitation of calcium(Ca) carbonate on Earth through geological time.In the present study,we report on a novel accumulation of Ca,together with iron(Fe),in a microbial mat collected from a slight acidic hot spring(pH=5.9) in south China.Combining an array of approaches,including environmental scanning electron microscopy,X-ray microanalysis,transmission electron microscopy,and selected area electron diffraction,we provide ultrastructral evidence for amorphous acicular aggregates containing Ca and Fe associated with cyanobacteria precipitating in the microbial mats.Cyanobacterial photosynthesis and exopolymeric organic matrixes are considered to be responsible for the precipitation of Ca.These amorphous acicular aggregates might imply the early stage of calcification occurring in microbial mats.Ca and Fe coprecipitation indicates another potential important way of inorganic element precipitation in hot spring microbial mats.Our results provide insight into the possible mechanism of cyanobacterial calcification and microfossil preservation in slight acidic hot spring environments.