Diethard Sanders, Michael Unterwurzacher & Beate Rüf
Microbially induced calcium carbonate in tufas of the western Eastern Alps: a first overview

Geo.Alp 3, 2006, p. 167–189

Abstract
Most of fourteen tufa locations mainly in the western part of the Eastern Alps contain a significant to prevalent portion of microbially-induced calcium carbonate.
The investigated tufas are situated on substrata of limestone, dolostone, marlstone, conglomerate, gneiss, phyllite and slate. Most larger tufa occurrences comprise significant areas wherein tufa formation is low or had halted. Two major groups of "microbial tufas" are distinguished, (1) crystalline microbial calcium carbonate, and (2) micropeloidal to micritic calcium carbonate. Crystalline microbial calcium carbonate is present in two major fabrics. (1A) Calcified "microbushes" of outward-radiating clusters of slightly tangled tubuli each encased by a single crystal of calcite of subrounded to subcircular cross-section. Larger volumes of tufa may be composed of stacked laminae built by laterally arrayed microbushes. (1B) Knobs to crusts that, internally, consist of fan-like arrays of tubuli encased within large single crystals of calcite. Both the microbushes and the microfans are interpreted as calcified cyanobacterial aggregates of Rivularia type. The crystalline microbial calcites may readily recrystallize and provide a substrate for further, "inorganic" calcite growth, resulting in cementstone texture that shows little evidence of its microbially-induced origin.
(2) Micropeloidal to micritic calcium carbonate includes micropeloidal grainstone, "filamentous-micropeloidal" grainstone, (fenestral) lime mudstone with stromatolithic or cauliflower lamination, and thrombolithic lime mudstone. The micropeloids and the filamentous-micropeloidal arrays may have been produced by coccoid and filamentous cyanobacteria, at or near the tufa surface. A major portion of calcium carbonate of this category, however, is present within the pore space of tufas, where it formed in association with light-indepedent microbes and/or with dead microbes, small phytoclasts and organic compounds. Deduced rates of present tufa formation are within the range of known rates, but show distinct variations both within and among locations.

Zusammenfassung
Die meisten von vierzehn Kalktuff-Vorkommen vorwiegend in den westlichen Ostalpen bestehen aus einem bedeutenden bis überwiegenden Anteil aus Kalziumkarbonat, dessen Fällung von Mikroben induziert wurde.
Die untersuchten Tuffe liegen auf verschiedenen Gesteinsuntergründen wie Kalkstein, Dolomitstein, Mergel, Konglomerat, Gneis, Phyllit und Schiefer. In den meisten Vorkommen findet noch aktive Tuff-Bildung statt, jedoch enthalten die meisten der grösseren Vorkommen auch Bereiche, in denen kaum oder keine Tuff-Neubildung stattfindet. Wir unterscheiden zwei Hauptgruppen "mikrobieller Tuffe", (1) kristallines mikrobielles Kalziumkarbonat (zumeist Kalzit), und (2) mikropeloidales bis mikritisches Kalziumkarbonat.
Das kristalline mikrobielle Kalziumkarbonat zeigt zwei Gefüge. (1A) Verkalkte "Mikrobüsche" aus Büscheln von leicht unregelmässigen und "verfilzten" Röhrchen, deren jedes von einem stark gelängten, im Querschnitt rundlichen Einzelkristall meist aus Kalzit eingehüllt wird. Die Mikrobüsche können alleine vorkommen oder zu Laminae aufgereiht stehen, zusammen mit anderen Arten von Tuff, oder bilden selbst Tuffe, die aus vielen Laminae aufgereihter Büschchen bestehen. Jeder Mikrobusch besteht aus einem einzigen oder wenigen Kristallen von Kalzit; innerhalb jedes Mikrobusches sind daher ganze ganze Bündel von Röhrchen oder die Röhrchen des gesamten Mikrobusches von Kalzit umgeben, der trotz des diskreten Wachstums der Röhrchen eine einzige optische Orientierung zeigt. Die Mikrobüsche starten an ihrer Basis von "keulenförmigen" Kalzitkristallen, die an ihrer Oberseite die Öffnungen der Röhrchen zeigen. (1B) Knoten bis Krusten, die im Schnittbild aus regelmässigen "Fächern" von gleichmässig aufgefächerten, diskreten Röhrchen bestehen. Jedes Röhrchen wird von Kalzit umgeben. Büschel von Röhrchen oder ganze Fächer von Röhrchen sind von Kalzit mit einer einzigen optischen Orientierung umgeben, sodass jedes Röhrchen-Büschel bzw. jeder Fächer in einen grossen Einkristall aus Kalzit eingebettet ist. Die Krümmung der Aussenseite der Kalzitkristalle ist parallel der Krümmung der Röhrchen. Die Organismen, die die beschriebenen Typen 1A und 1B von kristallinem Kalzit bilden, werden der Gattung Rivularia (Nostocales, Cyanobacteria) zugeordnet. Die Kalzite der Typen 1A und 1B sind von sub-Millimeter dünnen, zueinander in etwa parallelen Laminae von Mikrit bis Mikrosparit durchsetzt. Das "Wachstum" jeder Lage von Rivularien geht von einer dieser Mikrit/Mikrosparit-Lamina aus. Auf diese Weise werden Laminae von wenigen Millimetern bis etwa 1 cm Dicke von verkalkten Rivularien gebildet. Feldexperimente legen nahe, dass die Mikrit/Mikrosparit-Laminae Unterbrechungslagen darstellen, die sich meist in Verbindung mit einem winterlichen Aussetzen bzw. Verringern der Rate der Kalkfällung bzw. des Rivularien-Wachstums bilden. Bei Lingenau (Vorarlberg) besteht der weitaus grösste Anteil des gesamten aktiven Tuffvorkommens aus Rivularien-Tuff, der die beschriebene Lamination zeigt, die wahrscheinlich auf jahreszeitliche Schwankungen der Kalkfällungsrate in Verbindung mit dem Wachstum der Cyanobakterien zurückzuführen ist. Feldexperimente und die erwähnte ?jährliche Lamination der Tuffe machen sehr wahrscheinlich, dass die Fällung des Kalkes in ursächlicher Verknüpfung mit dem Wachstum der Cyanobakterien steht, diese also entscheidend die Kalkfällung beeinflussen.
(2) Mikropeloidales bis mikritisches Kalziumkarbonat umfasst im wesentlichen mikropeloidale grainstones, “filamentös-mikropeloidale” grainstones, (fenestrale) lime mudstones mit stromatolithischer oder "blumenkohl-artiger" Lamination, und thrombolithische lime mudstones. Die Arten des Kalziumkarbonats der zweiten Gruppe bildeten sich wahrscheinlich im Zusammenhang mit coccoiden (Mikropeloide) und filamentösen Cyanobakterien ("filamentös-mikropeloidale" Aggregate) an oder nahe der Oberfläche der Tuffe, zu einem grossen Teil aber auch durch licht-unabhängige Mikroben, die im Porenraum der Tuffe leben, sowie durch Kalkfällung in Verbindung mit unbelebter organischer Substanz (z. B. tote Mikroben, Phytoklasten, organische Verbindungen) im Porenraum. Ein seltener Typ von Tuff, der sich möglicherweise unter signifikanter Beteiligung von Mikroben bildete, ist durch einen fossilen Vadolith vertreten. Die ermittelten Raten heutiger Tuff-Bildung liegen im Bereich bekannter Raten, zeigen jedoch zwischen verschiedenen Tuff-Lokalitäten als auch auch innerhalb einer "Lokalität" starke Unterschiede. Unter intensivem Wasserzutritt, wie etwa an den Prallstellen frei fallender Wasserfäden oder an Vorsprüngen von wasserüberronnenen Tuff-Vorhängen rekristallisiert der kristalline mikobielle Kalzit meist rasch und dient als Unterlage für weitere, "anorganische" Kalzitfällung, was zu einem mehr oder weniger homogenen, sehr harten cementstone-Gefüge führt, das kaum noch Spuren seines mikrobiell induzierten Ursprungs zeigt.


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