background image

CARBON  ISOTOPIC  SIGNATURE  IN  CARBONATE  ROCKS                                                  217

GEOLOGICA CARPATHICA, 54, 4, BRATISLAVA, AUGUST 2003

217–228

UPPER CARBONIFEROUS TO LOWER TRIASSIC

CARBON ISOTOPIC SIGNATURE IN CARBONATE ROCKS

OF THE WESTERN TETHYS (SLOVENIA)

MATEJ DOLENEC

1

, BOJAN OGORELEC

2

 and SONJA LOJEN

3

1

Department of Geology, Faculty of Natural Sciences and Engineering, University of Ljubljana, Aškerèeva 12, 1000 Ljubljana,

Slovenia; matej.dolenec@s5.net

2

Geological Survey of Slovenia, Dimièeva 14, 1000 Ljubljana, Slovenia

3

Department of Environmental Sciences, Jožef Stefan Institute, Jamova 39, 1000 Ljubljana, Slovenia

(Manuscript received April 11, 2002; accepted in revised form March 11, 2003)

Abstract: The carbon isotope composition of carbonate rocks spanning an approximately 1650 m thick interval ranging

from Upper Carboniferous to Lower Triassic, together with pedogenic carbonate carbon and organic carbon isotope data

of Middle Permian plant remains, were used to evaluate the carbon isotope evolution of the Late Paleozoic in the West-

ern Tethys. The results indicate a “positive carbon isotope event” across the Carboniferous-Permian (C/P) boundary, a

negative shift of 

δ

13

C values at the end of the Lower Permian, a positive 

δ

13

C excursion at the Middle Permian-Upper

Permian transition and the well known worldwide perturbations of the carbon cycle at the end of the Permian marked by

a prominent decrease of about 4 ‰ at the Permian-Triassic (P/Tr) boundary, followed by a gradual increase of 

δ

13

C

values from the Lower Scythian to the Anisian. It is suggested that the shape of the 

δ

13

C curve records changes in the

carbon cycle that reflecting variations in factors such as burial rate and oxidation of organic carbon due to sea-level

oscillations, which could be slightly overprinted by local processes influencing carbon isotopic composition in particular

sedimentary environments. However, the marked disturbances in the carbon cycle across the P/Tr boundary most prob-

ably resulted from a combination of factors such as an accelerated oxidation of organic carbon due to the terminal phase

of the Upper Permian marine regression, in combination with volcanic activity and a possible expulsion of methane from

stored hydrates, as well as from a crash in primary bioproductivity.

Key words: Western Tethys, Slovenia, Upper Carboniferous–Lower Triassic, Permian-Triassic boundary,

 δ

13

C stratigraphy,

carbon stable isotopes, carbonates.

Introduction

In the short-term, a high-resolution carbon isotope record at a

frequency lower than the mixing time of the oceans (ca. 1000

yr.) is crucial when evaluating changes of marine productivity,

while the interpretation at frequencies greater than the mixing

time will reflect the transient partition between different water

masses.  The  latter  is  the  so-called  “internal  fractionation”

within  the  marine  reservoir  of  dissolved  inorganic  carbon

(Corfield 1994). On timescales longer than this, any change in

δ

13

C of carbonate carbon reflects the fractionation of carbon

isotopes between different carbon reservoirs (Berger & Vin-

cent 1986; Shackleton 1987). This may be thought of as “ex-

ternal fractionation”. Both internal and external fractionation

of carbon isotopes may contribute to excursions in the 

δ

13

C

carbonate signal.

13

C enrichment in marine carbonates correlating with the in-

crease  of  pCO

2

  in  the  atmosphere  has  been  interpreted  as  a

consequence of an increase in organic carbon storage either on

land  (Shackleton  1987)  or  on  newly  flooded  continental

shelves (Magaritz & Stemmerik 1989; Faure et al. 1995). In

contrast,  slower  burial  or  rapid  oxidation  of  organic  carbon

will result in lower 

δ

13

C values of marine carbonates due to re-

lease  of 

13

C  depleted  CO

2

  to  the  atmosphere  (Magaritz  &

Stemmerik 1989; Faure et al. 1995).

In  this  study  the  carbon  isotope  stratigraphy  of  selected

stratigraphic sections from Western Slovenia — the Karavanke

Mountains (Dolžanova soteska, Košutnik Creek and Brsnina),

Julian Alps (Straža Hill), Sava Folds (Žirovski vrh, Sv. Valen-

tin) and Idrija region — was used to examine their depositional

environment and to provide further insights into the carbon iso-

topic evolution of the western part of the Tethys Ocean from

the  latest  Carboniferous  to  the  earliest  Triassic  (Fig. 1).  The

stratigraphic sections spanning an approximately 1650 m thick

stratigraphic  interval,  ranged  from  Upper  Carboniferous  to

Lower Triassic (Fig. 2). In addition, we also discuss the nature

and the causes of the well known perturbations in the carbon

cycle at the P/Tr boundary, which are more or less coincidental

with the most severe extinction of marine and terrestrial organ-

isms  in  the  history  of  life  (Erwin  1993;  Wignall  &  Hallam

1996;  Knoll  et  al.  1996;  Musashi  et  al.  2001;  Wignall  &

Twitchett 2002; Berner 2002 and references therein).

Some  previously  published  works  by  Dolenec  T.  (1973),

Dolenec T. & Ramovš (1996); Dolenec T. et al. (1981, 1998,

1999a,b,c; 2001) and Dolenec T. & Lojen (2000) on stable

organic and inorganic carbon of the Permian and Triassic, to-

gether with preliminary studies on the carbon isotopic com-

position  of  plant  remains  from  the  Val  Gardena  Formation

(Dolenec T. & Pezdiè 1986) serve as the background against

which the present geochemical study was carried out.

background image

218                                                                        DOLENEC,  OGORELEC  and  LOJEN

Geological setting and stratigraphy

On the basis of a major tectonic event within the Permian

(Saalian orogenetic phase), the late to post-Variscan sedimen-

tary sequence of the Southern and Eastern Alps is divided into

two  evolutionary  cycles  (see  Krainer  1993,  and  references

therein). The sediments of the lower cycle (Late Carbonifer-

ous/Early Permian) were deposited in discrete, isolated inter-

montane  basins,  which  were  filled  with  different  sediments

and volcanic rocks. In the Southern Karavanke Mountains and

in the Julian Alps the sequence of the first cycle is represented

by deltaic, shallow marine to deep-marine clastic and carbon-

ate sediments of the Late Carboniferous Auering Group (Ra-

movš 1976) and the Dolžanova Soteska Limestone Member

(Buser & Forke 1995) ranging from Late Moscovian to Late

Artinskian. The thickness of these sediments is up to 800 m

(Fig. 2, section 3). The Dolžanova Soteska Limestone Mem-

ber  is  introduced  as  a  white,  pale  red  to  red  limestone  unit,

named the Trogkofel Limestone in previous literature (Ramovš

1976).  Conodont  fauna  together  with  fusulinids  indicate  an

older age (Asselian) for these limestones than was previously

thought (Buser & Forke 1995).

With a hiatus caused by block faulting (Saalian orogenetic

phase), the Tarvis Breccia and Middle to Upper Permian sedi-

ments of the second cycle, which are more widely distributed

and not restricted to discrete basins, conformably overlie Low-

er  Permian  sediments.  The  thickness  of  the  Tarvis  Breccia,

which has been regarded as scarp-foot fan deposits and proxi-

mal debris-flows (Krainer 1993), varies in the Southern Kara-

vanke Mountains from a few metres up to 150 metres (Buser &

Cajhen 1978).

Freshwater calcite cements of the Tarvis Breccia indicate a

subaerial exposure corresponding to a regressive event at the

end of the first cycle, after the deposition of the Trogkofel For-

Fig. 1.  A — Map showing the location of the studied sections in Slovenia. B — Global paleogeography during the P/Tr is taken from Sun et

al. (1989) . C — The location of the investigated area is shown by a black point (1 Brsnina, 2 Košutnik Creek, 3 Dolžanova soteska, 4 Straža

Hill, 5 Sv. Valentin, 6 Žirovski  vrh, 7 Idrijca Valley, 8 Masore). The present extension of the ancient Julian and Dinaric Carbonate Plat-

forms, together with the intermediate Slovenian Basin, is taken from Buser & Debeljak (1996).

background image

CARBON  ISOTOPIC  SIGNATURE  IN  CARBONATE  ROCKS                                                  219

Fig. 2. Upper Carboniferous to Lower Triassic carbonate carbon isotopic record from the Southern Karavanke Mountains, Julian Alps,

Sava Folds and Western Slovenia: 1, 2 — Upper Permian and Lower Triassic succession of the Southern Karavanke Mountains ¯ (Upper

Permian Karavanke Formation, Lower Scythian and Anisian beds — Brsnina and Košutnik Creek section); 3 — Upper Carboniferous,

Lower and Middle  Permian sedimentary sequence (Dolžanova soteska section: Auering Group, Dolžanova Soteska Limestones, Tarvis

Breccia Unit: H — Dolžanova Soteska Limestone fragments, F limestone cement); 4 — Middle Permian Neoschwagerina Limestone 

×

(Straža Hill — Julian Alps); 5 — Middle Permian pedogenic carbonates — Val Gardena Formation (Sv. Valentin — Sava Folds); 6 —

Middle Permian pedogenic carbonates š and playa lake dolomites ¢ (Žirovski vrh — Sava Folds); 7 — Upper Permian Žažar Formation

and Lower Scythian beds š (Idrijca Valley section — Western Slovenia); 8 — Upper Permian Žažar Formation and Lower Scythian beds

˜˜ (Masore section — Western Slovenia).  Description of rock types see in the text.

background image

220                                                                        DOLENEC,  OGORELEC  and  LOJEN

mation (Buggisch & Flügel 1980). In the Karavanke Moun-

tains the Tarvis Breccia is overlain by the up to 10 m thick

basal conglomerates of the Val Gardena Formation, which is

followed by prevalent sandstones, accompanied by conglom-

erates, siltstones and claystones. The Val Gardena Formation

attains the greatest thickness (up to 600 m) in the Žirovski vrh

area (Fig. 2, sections 5 and 6) which belongs to the western

part of the Sava Folds (Omaljev 1967). The sediments are of

fluvial, playa lake and shallow-marine origin (Buggisch 1978;

Ori 1986) and were deposited in an arid and semiarid climate.

Interbedded siltstones and claystones often contain pedogenic

carbonate nodules and rare thin dolomite, as well as gypsum

layers (Skaberne 1995). The gypsum layers are interpreted as

being  formed  in  playa  lakes  (Drovenik  1970).  In  the  Julian

Alps,  near  Lake  Bled  (Straža  Hill),  a  shallow-water

Neoschwagerina  reef  limestone  (Fig. 2,  section  4)  —  time-

equivalent  to  the  Val  Gardena  Formation  —  was  deposited

(Flügel et al. 1984).

In the Southern Karavanke Mountains the Middle Permian

Val Gardena Formation is overlain by an up to 270 m thick

Upper  Permian  evaporitic-dolomitic  sequence  (Fig. 2,  sec-

tions 1 and 2) referred to as the Karavanke Formation (Buser

1974).  The  boundary  between  the  two  formations  is  transi-

tional and characterized by thin sandy red dolomite layers al-

ternating with the topmost Val Gardena shales and sandstones

(Fig. 3,  section  1),  indicating  a  widespread  and  slowly  pro-

gressive transgression of the Bellerophon Sea on the territory

of the present Dinarides (Krainer 1993 and references there-

in). At this time the formation of the extensive Slovenian Car-

bonate Platform began in the area of the Southern Alps and

the Dinarides (Buser 1996). The thickness of the transitional

unit, which grades upward into the Karavanke Formation, is

about 5 m (Dolenec T. et al. 1981). The basal unit of the Kara-

vanke  Formation  is  represented  by  an  up  to  70 m  thick

evaporitic  sequence  composed  of  cellular  dolomite  (rau-

hwacke), which alternates with rare black and slightly bitumi-

nous marls, and grey vuggy dolomites. Sulphate minerals are

no longer present; they were entirely replaced by calcite. The

evaporitic sequence is overlain by a 200 m thick succession of

fossiliferous biomicritic dolomites (Buser 1974; Dolenec T. et

al. 1999c). The Late Permian age of these beds is indicated by

calcareous algal assemblages, as well as by foraminifers (Ra-

movš 1986). The lithostratigraphic boundary between the Up-

per  Permian  Karavanke  Formation  and  the  Lower  Triassic

(Scythian) beds is placed at the end of the sedimentation of

the well-bedded grey dolomicrite (Dolenec T. et al. 1999c). It

is  followed  by  a  red-coloured  partly  terrigeneous  evaporitic

sequence, predominantly composed of thin-bedded siltstones,

mudstones and sandstones alternating with micritic dolomites,

showing the impressions of gypsum crystals (Fig. 3, section

2).  These  dolomites  contain  no  characteristic  fossils  and  so

could be any age within the P/Tr interval. The earliest Triassic

beds represent a predominantly terrigenous sequence deposit-

ed  in  an  extremely  shallow  sea,  which  gradually  became  a

wide, extensive mud flat (Assereto et al. 1973), most probably

indicating a short term regression or sea level fluctuation at

the P/Tr boundary. Its thickness varies between 5 m in the Ko-

šutnik Creek section and 25 m in the Brsnina section. In the

investigated area of the Southern Karavanke Mountains these

beds  are  mostly  overlain  by  an  around  200 m  thickness  of

Lower  Triassic  dark-grey  and  brown  micritic  and  sparitic

limestones and dolomites intercalated with oolitic limestone,

marls  and  shales.  Ooids  were  formed  in  intertidal  channels

and deltas (Dolenec T. et al. 1981). Episodically intercalated

supratidal sediments and a clastic influx in the Lower Triassic

sedimentary  succession  most  probably  indicate  eustatic  sea-

level  changes  and  tectonics  (Assereto  et  al.  1973;  Broglio-

Loriga  et  al.  1983;  Brandner  et  al.  1984).  Anisian  dolomite

conformably overlies the Scythian beds (Fig. 2, sections 1 and

2;  Fig. 3,  section 1).  Similar  transgressive–regressive  events

have  also  been  recognized  in  the  Scythian  sequence  of  the

Upper  Austro-Alpine  units  (Krainer  1993  and  references

therein). The thickness of the dolomite, which contains algal

remains and foraminifers and which was only partly included

in the present study, is over 200 m (Dolenec T. et al. 1981).

In Western and Central Slovenia the Val Gardena Forma-

tion is overlain by an approximately 250 m thick dark-grey to

black  bedded  and  fossiliferous  shallow  marine  limestone

(Fig. 2, sections 7 and 8; Fig. 4), the Žažar Formation (Ram-

ovš  1958).  The  lower  part  of  this  limestone  contains  a  rich

brachiopod fauna, small bioherms and coral-patch reefs (Ra-

movš 1986). The faunal composition displays gradual impov-

erishment of the Upper Permian taxa moving upward towards

the P/Tr boundary and an abrupt disappearance at the bound-

ary  level  (Dolenec  T.  et  al.  2001).  Although  indications  of

shallowing are present over a broad region, sequence strati-

graphic analysis of the Idrijca Valley section revealed no evi-

dence of emergence or pronounced sea-level changes across

the  boundary  (Dolenec  T.  &  Lojen  2000).  The  boundary  is

represented by a thin <0.8 cm clayey marl layer (Permian-Tri-

assic boundary — PTB layer) overlying black Upper Permian

algal packstones. The PTB layer shows a characteristic mag-

netic susceptibility pulse (Hansen et al. 1999, 2000) and con-

siderable enrichment in most minor and trace elements (Dole-

nec  T.  et  al.  2001).  It  also  contains  spherules,  which  most

probably represent prasinophyte algal skeletons, diagenetical-

ly infilled by magnetite (Hansen et al. 1999, 2000). A detailed

study of the P/Tr boundary revealed that the PTB layer lies

within  an  approximately  15 cm  thick  unit  of  oolitic  grain-

stone, bioclastic grainstone and dolomicrite, which represents

an equivalent to the well known Tesero Oolite Horizon (Dole-

nec M. 2000; Dolenec M. & Ogorelec 2001). Faunal assem-

blages (foraminifers, calcareous algae) at the base of this unit

are consistent with an Upper Permian age for the lower part of

the Tesero Oolite Horizon. In contrast, the dolomicrite with

rare  ooids,  which  immediately  overlies  the  PTB  layer,  con-

tains conical tube-like fossils, most probably of Earlandia sp.,

and  is  supposed  to  be  of  Early  Scythian  age  (Dolenec  M.

2000). The deposition of the P/Tr boundary layer most proba-

bly occurred during a period of maximum eustatic sea-level

fall and regression, correlated with the sedimentation of red

terrigeneous sediments across the P/Tr boundary in the Kara-

vanke Mountains (Dolenec T. et al. 1998). A laminated dolo-

micritic  limestone  alternating  with  grey  stylolitic  dolomite

overlies the Tesero Oolite Horizon. In the Masore section the

stylolitic  dolomite  is  covered  by  greyish-green  and  reddish

background image

CARBON  ISOTOPIC  SIGNATURE  IN  CARBONATE  ROCKS                                                  221

calcareous micaceous shale and sandstone, including lenses of

oolitic limestone (Fig. 4, section 8). The thickness of the Low-

er Scythian dolomite is about 100 m.

Material and methods

A total of 380 carbonate samples and 10 samples of plant

remains  were  collected  in  eight  sections  numbered  1–8  for

isotopic analysis (Fig. 1 and 2). The carbonate carbon isotopic

measurements  were  carried  out  on  undolomitized  limestone

and  uncalcitized  dolomite  samples,  cellular  dolomite,  pe-

dogenic  carbonates,  as  well  as  on  separated  components  of

Tarvis Breccia calcite cement. The mineralogy of the carbon-

ate phases was determined by X-ray diffractometry and by ex-

amination  of  thin  sections  by  standard  optical  methods,  in-

cluding  staining  with  Alizarin-reds.  All  samples  were  also

evaluated by petrographic methods to assess their diagenetic

history. Thin-section examination showed that the limestone

and  dolomite  samples  analysed  are  without  crack-filling

sparites and un-weathered, without evidence of meteoric-wa-

ter diagenesis. By selecting the least visibly weathered and re-

crystallized  samples  from  the  investigated  sections,  we  at-

tempted  to  minimize  possible  post-depositional  effects.  A

weak positive correlation (r = 0.40) between 

δ

18

O and 

δ

13

C of

the dolomite samples and a weak negative correlation (r = –0.22)

between 

δ

18

O and 

δ

13

C of the limestone samples of the Kara-

vanke Formation (Dolenec T. et al. 1999c), as well as a lack

of correlation between 

δ

18

O and 

δ

13

C values of the carbonate

samples of the Žažar Formation (unpublished), most probably

suggests that the isotopic composition of the investigated car-

bonate rocks has not been seriously altered after their forma-

tion and that the primary paleoceanographic signal is not ap-

preciably overprinted.

Therefore, we suppose that the carbon isotope data can re-

flect the carbon isotopic composition of the original marine

composition. Samples were obtained as a split of powder pre-

pared  from  rock  chips  remaining  after  thin  section  prepara-

tion. In order to speed up the reaction time and to ensure com-

plete reaction of carbonates, powdered rock samples for 

δ

13

C

analysis  were  prepared  by  overnight  digestion  in  excess

100 ‰  phosphoric  acid  at  50 °C.  CO

2

  gas  released  during

acid  treatment  was  cryogenically  cleaned  and  analysed  for

carbon  isotopic  composition  on  a  Varian  MAT  250  mass

spectrometer. All whole rock and calcite cement samples were

analysed in duplicate or triplicate. The results are reported in

the  conventional  delta  notation  as  ‰  deviation  from  the

VPDB (Vienna PeeDee Bellemnitela americana) standard. The

δ

13

C values were normalized assuming 

δ

13

C values of +2.48 ‰

for  IAEA-CO-1  standard  on  the  VPDB  scale.  The  analytical

precision, based on multiple analysis of an internal laboratory

standard, was 

δ

13

C ±0.01 ‰ (1

σ

). Overall analytical reproduc-

ibility of the carbonate carbon isotopic data was ±0.1 ‰.

Middle Permian plant remains from dark-grey and grey Val

Gardena  sandstones  were  selected  from  previously  crushed

samples by hand under a binocular microscope. The organic

carbon plant remains were then powdered in an agate mortar

and treated with 3 M hydrochloric acid at 50 °C to react the

carbonates. Upon cessation of CO

2

 evolution, excess acid was

removed by repeated washing (three to four times) with dou-

bly distilled water to neutral pH. After the final decantation of

water, the carbonate-free residue, mostly composed of plant

remains, was oven-dried at 50 °C. Organic carbon isotope ra-

tios were measured in a Europa 20-20 Stable Isotope Analyser

(Europa Scientific Ltd.) with an ANCA-NT preparation mod-

ule  for  on-line  combustion  of  bulk  solid  samples  and  chro-

matographic separation of gases. Organic carbon isotope val-

ues  were  calibrated  using  the  IAEA-CH-7  standard  with  a

δ

13

C value of –31.8 ‰ on the VPDB scale. The results are re-

ported in the conventional delta notation as ‰ deviation from

the VPDB standard. The analytical precision for organic car-

bon based on multiple analysis of an internal laboratory stan-

dard was 

δ

13

C ±0.01 ‰ (1

σ

). Overall analytical reproducibili-

ty of the organic carbon isotopic data was ±0.1 ‰.

Results

A schematic presentation of the carbon isotope stratigraphy

together with the lithostratigraphic development of sedimen-

tary rocks from the Upper Carboniferous to the Lower Trias-

sic, is shown in Fig. 2. In Figs. 3 and 4 detailed sections and

carbon isotope stratigraphy across the Middle Permian/Upper

Permian boundary in the Karavanke Mountains and across the

P/Tr boundary in the Karavanke Mountains and in Western

Slovenia are also presented.

The shape of the 

δ

13

C curve for the sedimentary sequences

of  the  lower  (Late  Carboniferous/Early  Permian)  and  upper

cycle  (Middle–Late  Permian  to  Early  Triassic)  is  character-

ized by a series of distinct carbon isotope changes (Fig. 2, sec-

tion 3). There is a gradual positive 

δ

13

C excursion from –2.9

to +3.9 ‰ at the transgressive C/P boundary in the Karavanke

Mountains, followed by a moderately variable 

δ

13

C signal in

the  Lower  Permian  sedimentary  sequence  containing  some

well developed clastic-carbonate cycles.  The 

δ

13

C values of

the  Lower  Permian  Dolžanova  Soteska  Limestone  Member

range from +1.2 to +5.8 ‰, with most of the values falling be-

tween +3.2 and +5.2 ‰. The most depleted 

δ

13

C values were

found in sandy limestone samples containing high amounts of

detrital components.

At the Lower/Middle Permian transition in the Karavanke

Mountains (Fig. 2, section 3) the negative excursion of 

δ

13

C

values is stratigraphically associated with the Tarvis Breccia

Horizon.  The  carbon  isotopic  composition  of  the  limestone

cement  of  Tarvis  Breccia  from  the  Karavanke  Mountains

ranges  between  –5.8  and  –4.7 ‰,  while  the 

δ

13

C  values  of

isotopically altered Dolžanova Soteska Limestone fragments

cluster between –0.9 and +0.6 ‰ (Fig. 2, section 3).

The  carbon  isotopic  composition  of  playa  lake  dolomite

from  the  Val  Gardena  Formation  falls  between  –3.3  and

–5.7 ‰, while that of pedogenic carbonates clusters between

–9.5  and  –5.8 ‰  with  an  average  value  of  –7.9 ‰  (Fig. 2,

sections 5 and 6). These values are up to 14.7 ‰ lighter than

time-equivalent  Neoschwagerina  limestone  with 

δ

13

C  in  the

range  from  +4.8  to  +5.2 ‰  (average  +4.9 ‰)  (Fig. 2,  sec-

tion 4). The 

δ

13

C values of plant remains in the Val Gardena

Formation from Žirovski vrh were found to be between –22.1

and –21.7 ‰ (Dolenec T. & Pezdiè 1986). A slightly wider

background image

222                                                                        DOLENEC,  OGORELEC  and  LOJEN

range  of 

δ

13

C  values  (from  –23.4  to  –21.3 ‰;  average

–22.8 ‰)  was  measured  in  additional  samples  during  this

study. Similar carbon isotopic composition values with 

δ

13

C

in the range between –23.8 and –21.2 ‰ were also reported

for Permian coals and particulate organic matter from selected

coalfields in South Africa (Faure et al. 1995).

The transition from Middle Permian to Upper Permian in

the Karavanke Mountains is characterized by a positive 

δ

13

C

excursion  from  –2.5  to  +3.8 ‰  observed  at  the  base  of  the

Karavanke Formation (Fig. 2, section 1 and Fig. 3, section 1).

The dolomites of the basal evaporitic sequence show variation

of 

δ

13

C values mostly in the range between +0.7 and +3.8 ‰.

In the overlying shallow-shelf biomicritic dolomite the 

δ

13

C

values  range  between  +2.0  and  3.0 ‰.  Slightly  higher 

δ

13

C

values  (+2.5  to  +3.5 ‰)  have  been  reported  from  the  dolo-

mitized Upper Permian Bellerophon Formation of the Carnic

Alps (Magaritz & Holser 1991). In Western Slovenia the Up-

per Permian limestone of the Žažar Formation (Idrijca Valley

and Masore section) exhibits variations of 

δ

13

C values mostly

in  the  range  between  +3.9  and  +5.5 ‰  (Fig. 2,  section  7,  8

and Fig. 4). These values are up to 2.5 ‰ higher than those of

the Karavanke Formation.

The Permian to Triassic transition in the Karavanke Moun-

tains  is  characterized  by  a  prominent  negative 

δ

13

C  shift  of

Fig. 3. Variations in lithology and carbonate carbon isotopic composition from Middle Permian to Anisian in Košutnik Creek section (1) and

Brsnina Section (2). Detail from Fig. 2.  a — transitional unit composed of sandy red dolomite alternating with shales and sandstones; b — an

evaporitic sequence composed of cellular dolomite intercalates with black bituminous shales and grey vuggy dolomites; c — light-grey fos-

siliferous biomicritic dolomite; d — a red partly terrigeneous sequence composed of siltstones, mudstones and sandstones alternating with

micritic  dolomites  showing  impressions  of  gypsum  crystals;  e  —  dark-grey  and  brown  micritic  and  sparitic  limestone  intercalated  with

oolitic limestone, marls and shales; f — grey dolomicrite and dolosparite.  Legend to lithology see Fig. 4. ˜

background image

CARBON  ISOTOPIC  SIGNATURE  IN  CARBONATE  ROCKS                                                  223

about 4 ‰ (Fig. 2 and 3). A major drop of 

δ

13

C values begins

approximately 15 m below the lithologically proposed bound-

ary.  In  the  Carnic  Alps  the  decrease  of 

δ

13

C  begins  about

60 m below (Magaritz & Holser 1991), while in Western Slo-

venia  (Idrijca  Valley  and  Masore  section)  the  same  shift  of

δ

13

C values starts only 5 m below the P/Tr boundary (Dolenec

T. & Ramovš 1996). In the Brsnina and Košutnik Creek sec-

tion  (Fig. 3)  of  the  Karavanke  Mountains  the 

δ

13

C  curve

reaches a first minimum peak value of –1.9 ‰ about 8 m be-

low the boundary, a second minimum of –1.6 ‰ at the bound-

ary itself, followed by a positive excursion of +0.6 ‰ in the

basal Scythian, after which values are 1 to 2 ‰ lower than in

the Upper Permian. The remaining Scythian and Lower Ani-

sian carbonates are characterized by a general long-term grad-

ual increase in 

δ

13

C values by 2 ‰ (Fig. 2 and 3, section 1).

δ

13

C  values  of  nearly  300  samples  of  Mesozoic  limestones

and dolomites from the same areas range mostly from –1.8 to

+3.7 ‰  with  an  average  of  about  +2 ‰  (Ogorelec  et  al.

1999). These values are distinctly lower than the 

δ

13

C values

of Permian carbonates.

The position of the negative 

δ

13

C peak anomaly may indi-

cate that the P/Tr boundary in the Karavanke Mountains does

not  correspond  to  the  lithologically  defined  boundary  and

should be placed a little further down the section. This is be-

cause in the Carnic Alps a dramatic 

δ

13

C drop occurs right af-

ter the stratigraphic P/Tr boundary which is placed within the

lowermost  0.5 m  of  the  4 m  thick  Tesero  Oolite  Horizon

(Holser et al. 1991). This horizon was not found in the investi-

gated sections of the Karavanke Mountains. However, this in-

terpretation  is  preliminary  and  has  to  await  further  detailed

biostratigraphical studies.

Stable isotope data from the Idrijca Valley and Masore sec-

tions  (Fig.  4)  show  an  accelerating  decrease  of 

δ

13

C  values

which begins about 5 m below the P/Tr boundary. This accel-

Fig. 4. Variation in lithology and carbonate carbon isotopic composition in the Upper Permian and Lower Scythian in the Masore section

(8) and Idrija section (7). Detail from Fig. 2.  ˜

background image

224                                                                        DOLENEC,  OGORELEC  and  LOJEN

erating decrease of 

δ

13

C values continues across the boundary

into the Lower Scythian beds. In terms of amplitude the de-

pletion of 

δ

13

C values across the P/Tr boundary in both sec-

tions is about 4 ‰ (from +4.1 to –0.1 ‰ in the Idrijca Valley

section and from +4.0 to –0.5 ‰ in the Masore section) and is

similar to that found in the Karavanke Mountains. It is impor-

tant to note that there is no evidence of a shift of 

δ

13

C values

back to their pre-excursion level. However, in the Masore sec-

tion, where Lower Scythian beds are better exposed than in

the Idrijca Valley section, two negative 

δ

13

C peak anomalies

of –4.3 and –3.7 ‰ (Fig. 4, section 8), similar to those report-

ed  from  the  Carnic  Alps  (Magaritz  &  Holser  1991)  were

found at 17 and 22 m above the boundary (Dolenec T. et al.

1999b). They are younger and unrelated to the P/Tr boundary

events.

Discussion

The gradual positive 

δ

13

C shift at the C/P boundary may re-

flect the transgressive trend of the Tethys Sea. The general hy-

pothesis suggested to explain positive 

δ

13

C shifts of carbonate

carbon is that the expansion of shallow shelf areas increased

the organic carbon burial rate and enriched the ocean water in

13

C (Magaritz & Stemmerik 1989).

The carbon 

δ

13

C values of the Lower Permian Dolžanova

Soteska Limestone Member are up to 3.8 ‰ higher relative to

the  Permian  limestone  average  values  (+2 ‰)  proposed  by

Veizer et al. (1980). However, similarly high 

δ

13

C values be-

tween  +2  and  +5 ‰  were  also  observed  in  Lower  Permian

limestones of the northern Yukon Teritory, while those of the

basal  Lower  Permian  limestones  in  the  Sverdrup  Basin  in

Canada range from +4 to +7 ‰ (Beauchamp et al. 1987) and

are markedly heavier than known time-equivalent limestones

elsewhere in the world (Keith & Weber 1964; Galimov et al.

1975; Veizer et al. 1980). Pronounced 

13

C enrichments have

also been observed in the Lower Permian of Tasmania (Rao &

Green 1982). We suggest that the carbon isotopic composi-

tion of the Dolžanova Soteska Limestone Member could re-

flect a Lower Permian primary 

13

C marine water enrichment.

It  can  be  explained  as  a  result  of  increased  organic  carbon

storage during this time. Extensive deposition of coal in the

Upper Carboniferous and Lower–Middle Permian sediments

has been regarded as an important site of organic carbon accu-

mulation (Bluth & Kump 1991; Faure et al. 1995). The most

reasonable explanation for the marked variations observed in

the Lower Permian 

δ

13

C record is a change in the burial frac-

tion  of  organic  carbon  in  marine  sediments  (Kump  1991),

variable C

org.

/C

carb. 

export ratio changes into the marine sedi-

mentary carbon reservoir (Schidlowski 1987), as well as sea

level fluctuations (Magaritz & Stemmerik 1989). The sharp,

short-term 

δ

13

C depleted spikes in this succession were most

probably  caused  by  pronounced  local  fluxes  of  isotopically

light organic-derived carbon in the depositional environment

during low sea level episodes due to oxidation of terrestrial

sediments.

The negative 

δ

13

C excursion across the Lower/Middle Per-

mian transition observed in the Karavanke Mountains could

be explained by a regression of the Tethys Sea due to Saalian

movements. The observed 

δ

13

C values of Tarvis Breccia un-

doubtedly indicate a subaerial exposure on the top of the low-

er cycle sedimentary sequence, which was also documented

by Buggisch & Flügel (1980) for the Carnic Alps. During sub-

aerial exposure decay of organic matter in soil zones at expo-

sure surfaces generates larges volumes of 

12

C enriched CO

2

with  very  low 

δ

13

C  values  of  about  –2.5 ‰  (Heydari  et  al.

2001). Leaching of such isotopically light CO

2

 dramatically

lowers the 

δ

13

C composition of percolating ground water, fi-

nally resulting in 

13

C depletion of precipitating carbonate ce-

ment, as well as in decreasing the 

δ

13

C of carbonate rock frag-

ments, due to the effects of pronounced meteoric diagenesis

(Pelechaty et al. 1996).

The carbon isotopic composition of pedogenic carbonates

(

δ

13

C  average  value  ~8 ‰)  shows  that  they  are  enriched  to

about 15 ‰ relative to the carbon isotopic composition of the

overlying flora (

δ

13

C average value ~23 ‰). Terrestrial plants

in the Permian used only the C

3

 photosynthetic pathway (Tho-

masson et al. 1986) and the 

δ

13

C values of resultant organic

matter fall around –27 ‰ (Quade et al. 1995). The mean 

δ

13

C

value of CO

2

 from C

3

 plants is also about –27 ‰ (Quade et al.

1995). These data indicate that the carbon isotopic composi-

tion of Permian C

3

 plants is up to 4 ‰ more positive than the

average value for C

3

 plants. It has been demonstrated that in-

creasing temperature, aridity, irradiation, a decreasing canopy

effect  and  osmotic  stress  all  increase  the 

δ

13

C  value  of  C

3

plants (Faure et al. 1995).

It is generally accepted that the carbon isotopic composition

of  pedogenic  carbonates  is  primarily  determined  by  that  of

soil CO

2

 which is a mixture of two components: atmospheric

and plant derived CO

2

 (Cerling et al. 1991). In modern soils,

the  effect  of  atmospheric  CO

2

  penetration  and  equilibrium

isotope fractionation during mineral precipitation leads to soil

carbonates with 

δ

13

C values 15 ‰ heavier than those in the

overlying flora (Cerling et al. 1989; Quade et al. 1989). Ac-

cording to the considerations outlined above, we suppose that

pedogenic carbonates from the Val Gardena Formation pre-

cipitated mostly in isotopic equilibrium with Middle Permian

soil CO

2

.

The positive 

δ

13

C excursion at the transition from Middle

Permian to Upper Permian in the Karavanke Mountains most

probably resulted from increases in the burial rate of organic

carbon due to the marine transgression. This heavy carbon en-

richment started together with transgression of the Tethys Sea

on  to  the  vast  alluvial  Middle  Permian  landscape  and  indi-

cates changes from a terrestrial to a marine evaporitic environ-

ment (Dolenec T. et al. 1998). Documentation of this trans-

gression exists not only to the south of the Tethys, but also to

the north in the Zechstein Basin (Assereto et al. 1973).

The carbonate carbon isotopic composition of dolomites of

the  Karavanke  Formation,  which  show  up  to  2.5 ‰  lower

δ

13

C values relative to the limestone of the Žažar Formation,

could  be  attributed  to  biogenic  carbon  input  from  the  sur-

rounding land and/or deceleration in the rate of organic car-

bon burial in the sedimentary environment of the Karavanke

Formation. Furthermore, according to some studies (Patterson

&  Walter  1994),  evaporation  can  also  result  in  lowering  of

seawater 

δ

13

C composition and the 

δ

13

C values of precipitat-

ing  carbonates.  The  impressions  of  gypsum  crystals  in  the

background image

CARBON  ISOTOPIC  SIGNATURE  IN  CARBONATE  ROCKS                                                  225

basal  evaporitic  succession  and  in  the  partly  terrigenous,

evaporitic P/Tr boundary sedimentary sequence suggest that

evaporation in combination with a biogenic carbon input may

be more a probable mechanism to explain the light carbon iso-

topic composition of the Karavanke Formation. On the con-

trary the limestone of the Žažar Formation acquired its carbon

isotopic composition predominantly through isotopic equilib-

rium with Upper Permian atmospheric CO

2

. It is interesting to

note that the carbon isotopic composition of the Upper Permi-

an limestone of the Žažar Formation below the P/Tr boundary

is  similar  to  that  of  the  Lower  Permian  Dolžanova  Soteska

Limestone  Member  and  Middle  Permian  Neoschwagerina

limestone. Their 

δ

13

C values are relatively high (mostly in the

range  between  +2.5 ‰  and  +5.5 ‰)  and  extremely  stable

(Fig. 2, sections 1–4, 7 and 8). We suppose that these values

could be related to the worldwide high storage of organic mat-

ter during the Late Paleozoic. This interpretation is supported

by deposition of vast amounts of coal and organic matter in

sedimentary rocks from the Upper Carboniferous to the end of

the Permian, when a global and abrupt break in coal formation

and/or preservation occurred (Faure et al. 1995 and references

therein).

In discussing the Permian-Triassic extinction events, sever-

al mechanisms for variations and dramatic perturbations in the

δ

13

C values of marine carbonates have been suggested, such

as burial and erosion of organic carbon (Magaritz et al. 1992;

Faure et al. 1995), variations of sea-level changes and salinity

(Magaritz & Stemmerik 1989; Hallam & Wignall 1999), vari-

ability in primary production and a productivity crash (Wang

et al. 1994; Kakuwa 1996; Wignall & Twitchett 1996), volca-

nic activity (Renné & Basu 1991; Wignall & Hallam 1993;

Renné et al. 1995; Veevers & Tewari 1995), widespread an-

oxia  (Wignall  &  Hallam  1992;  Isozaki  1994;  Wignall  &

Twitchett 2002), addition of 

12

C-rich deep-water to the sur-

face ocean (Heyerdary et al. 2000), large input of gas hydrate

into the ocean-atmosphere system (Erwin 1993; Faure et al.

1995; Musashi et al. 2001), as well as an extraterrestrial im-

pact  event  (Xu  &  Zheng  1993;  Kaiho  et  al.  2001;  Berner

2002).

The long term general decrease in the 

δ

13

C values of marine

carbonates, which starts several metres below the stratigraphic

P/Tr boundary and is most probably associated with the in-

creased terminal Permian marine regression, is considered to

trace the release of a 

13

C depleted CO

2

 flux to the atmosphere

due to oxidation of buried organic carbon and peat deposits,

as well as the possible expulsion of oil and gas from the fore-

land basins along the peripheral margins of the entire super-

continent (Faure et al. 1995). Expulsion of such 

13

C depleted

CO

2

 would have resulted in a decrease in atmospheric 

δ

13

C

values of up to a few per mil, ultimately resulting in 

12

C en-

riched carbonates.

The sharp negative excursion of inorganic carbon 

δ

13

C val-

ues  at  the  boundary  indicates  a  rapid  interruption  of  these

gradual processes and was most probably triggered by a major

rapid volcanogenic input of isotopically light carbon released

during the eruption of the Siberian flood basalts dated as con-

temporaneous with the P/Tr boundary (Renné & Basu 1991).

Veevers & Tewari (1995) suggested that volcanism along the

Tethys and Panthalasian margin raised the level of CO

2

 in the

atmosphere so that the spike of CO

2

 from the end Permian Si-

berian  Traps  finally  triggered  the  Permian-Triassic  catastro-

phe.  More  recently  Berner  (2002)  proposed  that  short-term

changes in 

δ

13

C at the P/Tr boundary are best explained by a

combination  of  mass  mortality  from  an  impact  or  radiation

blast together with methane release and CO

2

 release. Accord-

ing to Berner (2002), the pressure wave most probably arising

from a bolide impact could have triggered both the release of

methane  from  stored  hydrates  and  the  initiation  of  Siberian

volcanism.

The changes in the carbon cycle across the P/Tr boundary

presented here are most likely related to end Permian volcanic

activity,  together  with  degradation  and  oxidation  of  organic

matter due to the terminal phase of the Upper Permian marine

regression.  However,  methane  release  from  stored  hydrates

should also be taken into account. In the Karavanke Moun-

tains the global 

δ

13

C record across the boundary is supposed

to  be  slightly  perturbed  due  to  local  factors  influencing  the

carbon  isotopic  composition  of  precipitating  carbonates.

However,  in  Western  Slovenia  the 

δ

13

C  paleoceanographic

signal seems to be undisturbed and thus records a global de-

crease in the 

δ

13

C values of surficial ocean water and carbon-

ates, which coincides with the greatest extinction of marine

and terrestrial organisms in the Phanerozoic.

Two negative excursions of the 

δ

13

C values in the Lower

Scythian  of  the  Masore  section  are  interpreted  as  reflecting

two separate phases of subareal oxidation of organic matter,

which could be related to stages in the lowering of the Tethys

sea level and/or local fluxes of isotopically light organic-de-

rived carbon in a depositional environment. The shape of the

δ

13

C curve for the Upper Scythian and Lower Anisian is most

probably  related  to  increased  primary  productivity  of  the

ocean water and the sequestration of organic matter in sedi-

ments. Deposition of 

12

C-rich organic matter in sediments re-

sults in an overall increase in 

δ

13

C values of ambient seawater

and  therefore  those  of  precipitating  carbonates.  Only  ex-

changes between reduced and oxidized carbon reservoirs can

explain  such  long  term  changes  in  carbonate 

δ

13

C  values

(Schidlowski 1987; Hollander & McKenzie 1991).

Conclusions

Stable isotope analyses of carbonates from stratigraphic se-

quences in Western Slovenia ranging from Upper Carbonifer-

ous to Anisian revealed a marked enrichment in 

13

C of Permi-

an limestones relative to Mesosoic carbonates, thus revealing

a further example of globally increased organic carbon stor-

age during the Permian.

The  pattern  of  carbonate  carbon 

δ

13

C  values  indicates  a

“positive  carbon  isotope  event”  across  the  C/P  boundary,  a

“negative carbon isotope event” at the topmost Lower Permi-

an, a positive shift of 

δ

13

C values at the Middle Permian to

Upper Permian transition and the well known global negative

δ

13

C anomaly at the P/Tr boundary, followed by a gradual in-

crease of 

δ

13

C carbonate carbon values toward Upper Scyth-

ian and Anisian. We propose that the positive 

δ

13

C excursion

at the C/P boundary and at the Middle to Upper Permian tran-

sition,  as  well  as  the  gradual  increase  of 

δ

13

C  values  from

background image

226                                                                        DOLENEC,  OGORELEC  and  LOJEN

Scythian to Anisian, could result from an enhanced organic

carbon burial rate on continental shelves due to marine trans-

gressions. This hypothesis is supported by the positive corre-

lations observed between 

δ

13

C changes and sea-level fluctua-

tions in stratigraphic sections of the Karavanke Mountains. In

contrast, the negative 

δ

13

C shift at the topmost Lower Permian

is well correlated with a subaerial exposure of these beds due

to marine regression caused by the Saalian orogenic phase.

The 

δ

13

C pattern for the Upper Permian seems to require a

more detail explanation. We propose that the gradual decrease

towards the P/Tr boundary was a result of increased erosion

and  oxidation  of  organic  carbon  during  an  enhanced  Upper

Permian marine regression and amalgation, as well as periph-

eral deformation of Pangea (Faure et al. 1995). The abrupt and

relatively short-term negative 

δ

13

C shift of about 4 ‰ at the

P/Tr boundary most probably resulted from a combination of

events which accelerated the changes in the global carbon cy-

cle, such as erosion and oxidation of organic carbon, a release

of methane from stored hydrates together with volcanic activi-

ty in the Siberian region, as well as along the Tethys and Pan-

thalasia margins and a sudden reduction in primary productiv-

ity.  These  events  accelerated  the  input  of  isotopically  light

CO

2

 into the seawater–atmosphere system during the Permi-

an-Triassic transition and caused further changes in the global

carbon cycle. These changes are coincidental with the global

environmental changes at the P/Tr boundary and the greatest

mass extinction in the Phanerozoic.

Acknowledgments: The Ministry of Education, Science and

Sport, Republic of Slovenia, UNESCO — IGCP Project No.

386 and Geoexp d.o.o., Tržiè, Slovenia, financially supported

this  study.  To  all  these  institutions  we  express  our  sincere

thanks. The manuscript was greatly improved by the construc-

tive comments of Dr. Paul B. Wignall, Dr. Otília Lintnerová

and one anonymous reviewer.

References

Assereto  R.,  Bosellini  A.,  Fantini  Sestini  N.  &  Sweet  W.C.  1973:

The  Permian-Triassic  boundary  in  the  Southern  Alps  (Italy).

In:  Logan  A.  &  Hills  L.V.  (Eds.):  The  Permian  and  Triassic

systems and their mutual boundary. Albertal. Soc. Petrol. Geol.

Mem. 2, 176–199.

Beauchamp B., Oldershaw A.E. & Krouse H.R. 1987: Upper Car-

boniferous to Upper Permian 

13

C-enriched primary carbonates

in  the  Sverdrup  Basin,  Canadian  Arctic:  Comparisions  to  co-

eval  Western  North  American  ocean  margins.  Chem.  Geol.

(Isotope Geoscience Section) 65, 391–413.

Bender M.M. 1971: Variation in the 

13

C/

12

C ratios of plants in rela-

tion to the pathway of photosynthetic carbon dioxide fixation.

Phytochemistry 10, 1239–1244.

Berger W.H. & Vincent E. 1986: Deep-sea carbonates: reading the

carbon-isotope signal. Geol. Rdsch. 75, 249–269.

Berner  R.A.  2002:  Examination  of  hypotheses  for  Permo-Triassic

boundary  extinction  by  carbon  cycle  modelling.  PNAS  99/7,

4172–4177.

Bluth G.J.S. & Kump L.R. 1991: Phanerozoic paleogeology. Amer.

J. Sci. 291, 284–308.

Brandner R., Donofrio D.A., Krainer K., Mostler H., Resch W. &

Stingel V. 1984: Correlation of transgressional and regression-

al events in the Lower Triassic of the Northern and Southern

Alps (Bunsandstein, Servino, Werfen Formation). 5th Eur. Re-

gional  Meet.  Sedimentol.  (IAS).  Marseille,  April  1984,  Poster

Presentation, 2 pp (Abstr.).

Broglio  Loriga  G.,  Masetti  D.  &  Neri  C.  1983: Werfen Formation

(Scythian) from the Eastern Dolomites: sedimentology and bios-

tratigraphy. Riv. Ital. Paleont. Stratigr. 88, 501–598 (in Italian).

Buggisch W. 1978: Die Grödener Schichten (Perm, Sudalpen). Sed-

imentologische und geochemische Untersuchungen zur Unter-

scheiding  mariner  und  kontinentaler  Sedimente.  Geol.  Rdsch.

67, 149–180.

Buggisch W. & Flügel E. 1980: Die Troghofel-Schichten der Kar-

nischen Alpen. Verbreitung, geologische Situation und Gelän-

debelfund.  In:  Flügel  E.  (Ed.):  Die  Troghofel-Stufe  im

Unterperm  der  Karnischen  Alpen.  Carinthia  II,  Sonderh.  36,

13–50.

Buser S. 1974: Neue Festellung im Perm der Westlichen Karawan-

ken. Carinthia 164, 84, 27–37.

Buser S. 1989: Developement of the Dinaric and the Julian Carbon-

ate  Platforms  and  of  the  intermediate  Slovenian  Basin  (NW

Yugoslavia). Mem. Soc. Geol. Ital. 40, 313–320.

Buser  S.  &  Cajhen  J.  1978:  Basic  geological  map  of  Jugoslavia

1:100,000 Sheet Celovec (Klagenfurt). Zvezni  geološki  zavod,

Beograd.

Buser  S.  &  Forke  H.C.  1995:  Lower  Permian  conodonts  from  the

Karavanke Mts. (Slovenia). Geologija 37/38, 153–171.

Buser S. & Debeljak I. 1996: Lower Jurassic beds with bivalves in

south Slovenia. Geologija 37/38, 23–62.

Cerling T.E., Quade J., Yang W. & Bowman J.R. 1989: Carbon iso-

topes in soils and palaeosoils as ecology and palaeoecology in-

dicators. Nature 341, 138–139.

Cerling  T.E.,  Quade  J.,  Ambrose  S.H.  &  Sikes  N.E.  1991:  Fossil

soils,  grasses,  and  carbon  isotopes  from  Fort  Ternan,  Kenya:

grassland or woodland? J. Human Evol. 21, 295–306.

Corfield  R.M.  1994:  Palaeocene  oceans  and  climate:  An  isotopic

perspective. Earth Sci. Rev. 37, 225–252.

Dolenec M. 2000: Impact of global changes on carbon and oxygen

isotopic  variability  accross  the  Permian-Triassic  boundary  in

the Idrijca Valley. Graduation Thesis, University of Ljubljana,

Faculty of Natural Sciences and Engineering, 1–60.

Dolenec M. & Ogorelec B. 2001: Organic carbon isotope variability

across the P/Tr boundary in the Idrijca Valley section (Slove-

nia): A high resolution study. Geologija 44, 2, 331–340.

Dolenec  T.  1973:  Biostratigraphical  development  of  an  area  be-

tween  Tržiè  and  Kofce.  Graduation  Thesis,  University  of

Ljubljana, Faculty of Natural Sciences and Technology, 1–136.

Dolenec  T.,  Ogorelec  B.  &  Pezdiè  J.  1981:  Upper  Permian  and

Scythian beds in the Tržiè area. Geologija 24, 2, 217–238.

Dolenec T. & Pezdiè J. 1986: Carbon isotopic composition of plant

remains  from  Val  Gardena  sandstones  of  Žirovski  Vrh.  Min.

Metallurgy Quart. (Ljubljana) 33, 3, 148–152.

Dolenec T. & Ramovš A. 1996: Stable isotope variations in the Per-

mian-Triassic  boundary  carbonate  sequence  from  the  Idrijca

Valley (W. Slovenia). Permophiles 29, 42–44.

Dolenec  T.,  Buser  S.  &  Dolenec  M.  1998:  The  Permian-Triassic

boundary  in  the  Karavanke  Mountains  (Slovenia):  Stable  iso-

tope variations in the boundary carbonate rocks of the Košut-

nik Creek and Brsnina section. Geologija 41, 17–22.

Dolenec  T.,  Lojen  S.  &  Dolenec  M.  1999a:  The  Permian-Triassic

boundary  in  the  Idrijca  Valley  (Western  Slovenia):  isotopic

fractionation between carbonate and organic carbon at the P/Tr

transition. Geologija 42 (2000), 165–170.

Dolenec  T.,  Ogorelec  B.  &  Buser  S.  1999b:  Permian-Triassic

boundary in the Idrijca Valley: Masore section. RMZ — Mate-

rials and Geoenvironment 46, 3, 449–452.

Dolenec T., Lojen S., Buser S. & Dolenec M. 1999c: Stable isotope

background image

CARBON  ISOTOPIC  SIGNATURE  IN  CARBONATE  ROCKS                                                  227

event markers near the Permo-Triassic boundary in the Kara-

vanke Mountains (Slovenia). Geol. Croatica 52, 1, 77–81.

Dolenec T. & Lojen S. 2000: Ce anomaly at the Permian-Triassic

boundary in the Idrijca Valley as evidence of changing redox

conditions at the P/Tr transition in the western Tethys (Slove-

nia). Geologija 43, 103–107.

Dolenec  T.,  Lojen  S.  &  Ramovš  A.  2001:  The  Permian-Triassic

boundary in Western Slovenia (Idrijca Valley section): magne-

tostratigraphy, stable isotopes and elemental variations. Chem.

Geol. 175, 175–190.

Drovenik  M.  1970:  Origin  of  the  copper  ore  deposit  Škofje.  First

Colloquy on Geology of Dinaric Alps 2, Ljubljana, 17–63.

Erwin D.H. 1993: The great Paleozoic crisis: Life and death in the

Permian. Columbia University Press, 1–327.

Faure K., Maarten J. deWit & Willis J.P. 1995: Late Permian global

coal hiatus linked to 

13

C-depleted CO

2

 flux into the atmosphere

during the final consolidation of Pangea. Geology 23, 507–510.

Flügel E., Kochansky-Devidé V. & Ramovš A. 1984: A Middle Per-

mian Calcisponge/Algal/Cement Reef: Straža near Bled, Slov-

enia. Facies 10, 179–256.

Galimov E.M., Magdišov A.A. & Ronov A.B. 1975: Variations in

the  isotopic  composition  of  carbonate  and  organic  carbon  in

sedimentary rocks during the Earth’s history. Geochim. Int. 12,

1–19.

Hallam  A.  &  Wignall  P.B.  1999:  Mass  extinctions  and  sea-level

changes. Earth Sci. Rev. 48, 217–250.

Hansen H.J., Lojen S., Toft P., Dolenec T., Tong J., Michelsen P. &

Sarkar  A.  1999:  Magnetic  susceptibility  of  sediments  accross

some  marine  and  terrestrial  Permo-Triassic  boundaries.  Pro-

ceedings of the Int. Conf. on Pangea and the Paleozoic-Meso-

zoic transition. Wuhar, Hubei, China, 114–115.

Hansen H.J., Lojen S., Toft P., Dolenec T., Tong J., Michelsen P. &

Sarkar  A.  2000:  Magnetic  susceptibility  and  organic  carbon

isotopes  of  sediments  across  some  marine  terrestrial  Permo-

Triassic boundaries. In: Yin H., Dickins J.M., Shi G.R. & Tong

J.  (Eds.):  Permian-Triassic  Evolution  of  Tethys  and  Western

Circum-Pacific. Elsevier Science B. V, 271–289.

Heydari E., Hassandzadeh J. & Wade W.J. 2000: Geochemistry of

central Tethyan Upper Permian and Lower Triassic strata, Aba-

deh region, Iran. Sed. Geol. 137, 85–99.

Heydari E., Wade W.J. & Hassanzadch J. 2001: Diagenetic origin of

carbon  and  oxygen  isotope  compositions  of  Permian-Triassic

boundary strata. Sed. Geol. 143, 191–197.

Hollander D.J., McKenzie J.A. & Hsu K.J. 1993: Carbon isotope ev-

idence for unusual plankton blooms and fluctuations of surface

water  CO

2

  in  »Strangelove  Ocean«  after  terminal  Cretaceous

event. Palaeoceanogr. Palaeoclim. Palaeocol. 104, 229–237.

Holser  W.T.,  Schönlaub  H.P.,  Boeckelman  K.  &  Magaritz  M.

1991: The Permian-Triassic of the Gartnerkofel-1 Core (Car-

nic  Alps,  Austria):  Synthesis  and  Conclusions.  Abh.  Geol.

B.A. 45, 213–232.

Isozaki Y. 1994: Superanoxia across the Permo-Triassic boundary:

record in accreted deep-sea pelagic chert in Japan. In: Pangea:

Global  environments  and  resources.  Canad.  Soc.  Pet.  Geol.,

Mem. 17, 805–812.

Kaiho K., Kajiwara Y., Nakano T., Miura Y., Kawahata H., Tazaki

K., Ueshima M., Chen Z. & Shi G.R. 2001: End-Permian catas-

trophe by a body impact: Evidence of a gigantic release of sul-

fur from the mantle. Geology 29, 815–818.

Kakuwa Y. 1996: Permian-Triassic mass extinction event recorded

in  bedded  chert  sequence  in  southwest  Japan.  Palaeogeogr.

Palaeoclim. Palaeoecol. 121, 35–51.

Keith M.L. & Weber J.M. 1964: Carbon and oxygen isotopic com-

position  of  selected  limestones  and  fossils.  Geochim.  Cosmo-

chim. Acta 28, 1787–1816.

Knoll  A.H.,  Bambach  R.K.,  Canfield  D.  &  Grotzinger  J.P.  1996:

Late Permian extinction. Science 274, 1551–1552.

Krainer K. 1993: Late- and post-Variscian sediments of the Eastern

and Southern Alps. In: von Raumer J.F. & Neubauer F. (Eds.):

Pre-Mesozoic  geology  in  the  Alps.  Springer-Verlag,  Berlin–

Heidelberg, 537–564.

Magaritz M., Bar R., Baud A. & Holser W.T. 1988: The carbon-iso-

tope  shift  at  the  Permian-Triassic  boundary  in  the  Southern

Alps is gradual. Nature 331, 337–339.

Magaritz M. & Stemmerik L. 1989: Oscillation of carbon and oxy-

gen isotope composition of carbonate rocks between evaporite

and open marine environments, Upper Permian of East Gren-

land. Earth Planet. Sci. Lett. 93, 233–240.

Magaritz  M.  &  Holser  W.T.  1991:  The  Permian-Triassic  of  the

Gartnerkofel-1  core  (Carnic  Alps,  Austria):  Carbon  and  oxy-

gen isotope variation. Abh. Geol. B. A. 45, 149–163.

Magaritz  M.,  Krishnamurthy  R.V.  &  Holser  W.T.  1992:  Parallel

trends in organic and inorganic carbon isotopes across the Per-

mian/Triassic boundary. Amer. J. Sci. 292, 727–739.

Musashi M., Isozaki Y., Koike T. & Kreulen R. 2001: Stable carbon

isotope signature in mid-Panthalassa shallow-water carbonates

across the Permo-Triasic boundary: evidence for 

13

C-depleted

superocean. Earth. Planet. Sci. Lett. 191, 9–21.

Ogorelec B., Dolenec T. & Pezdiè J. 1999: Isotope composition of

O and C in Mesozoic carbonate rocks of Slovenia effect of fa-

cies and diagenesis. Geologija 42 (2000), 171–205.

Omaljev V. 1967: Correlation of Val Gardena beds in the uranium

mine Žirovski Vrh. Proceedings of Geoinstitute 3, 146–168.

Ori  G.G.  1986:  The  nature  of  Permian  rivers  in  Southern  Alps.

Mem. Soc. Geol. Ital. 34, 155–160.

Patterson W.M. & Walter L.M. 1994: Depletion of 

13

C in seawater

CO

2

 on modern carbonate platforms: significance for the car-

bon isotopic record of carbonates. Geology 22, 885–888.

Pelechaty S.M., Kaufman A.J. & Gratzinger J.P. 1996: Evolution of

δ

13

C  chemostratigraphy  for  intrabasinal  correlation:  Vendian

strata  of  northeast  Siberia.  Geol.  Soc.  Amer.  Bull.  108,  992–

1003.

Quade J., Cerling T.E. & Bowman J.R. 1989: Systematic variation

in  the  carbon  and  oxygen  isotopic  composition  of  Holocene

soil carbonate along elevation transects in the Southern Great

Basin, USA. Geol. Soc. Amer. Bull. 101, 464–475.

Quade J., Chivas A.R. & McCulloch M.T. 1995: Strontium and car-

bon isotope tracers and the origins of soil carbonates in South

Australia  and  Victoria.  Palaeogeogr.  Palaeoclim.  Palaeoecol.

113, 103–117.

Ramovš A. 1958: Die Entwicklung des Oberperms im Bergland von

Škofja  Loka  und  Polhov  Gradec.  Razprave  IV.  razr.  SAZU,

455–622.

Ramovš A. 1976: Biostratigraphische Ergebnisse der Untersuchun-

gen des Paläozoikums in Slowenien in den letzten 20. Jahren.

8

th

 Yugosl. Geol. Congr., Ljubljana, 27–43.

Ramovš A. 1986: Marine development of the uppermost Žažar beds

and  the  lowermost  Scythian  beds.  In:  Permian  and  Permian-

Triassic boundary in the South Alpine segment of the Western

Tethys. IGCP Project 203, Excursion Guidebook, 39–42.

Rao C.O. & Green D.C. 1982: Oxygen and Carbon isotopes of Early

Permian  cold-water  carbonates,  Tasmania,  Australia.  J.  Sed.

Petrology 52, 111-126.

Renné P.R. & Basu A.R. 1991: Rapid eruption of the Siberian traps

flood  basalts  at  the  Permo-Triassic  boundary.  Science  253,

176–179.

Renné P.R., Zhang Z., Richards M.A., Black M.T., Basu A. & Asish

R. 1995: Synchrony and casual relations between Permian-Tri-

assic  boundary  crises  and  Siberian  flood  volcanism.  Science

269, 1413–1416.

background image

228                                                                        DOLENEC,  OGORELEC  and  LOJEN

Schidlowski M. 1987: Aplication of stable carbon isotopes to early

biochemical evolution of Earth. Annual Rev. Earth Planet. Sci.

15, 47–72.

Shackleton  N.J.  1987:  The  carbon  isotope  record  of  the  Cenozoic:

history of organic carbon burial and of oxygen in the ocean and

the atmosphere. In: Brooks J. & Fleet A.J. (Eds.): Marine petro-

leum source rocks. Spec. Publ. Geol. Soc. London 26, 423–434.

Skaberne  D.  1995:  Sedimentation  and  postsedimentation  develop-

ment  of  the  Val  Gardena  Formation  between  Cerkno  and

Žirovski Vrh. Ph. D. Thesis, University of Ljubljana, Faculty of

Natural Sciences and Technology, 1–192.

Sun S., Li J., Chen H., Peng W., Hsu K.J. & Shelton J.W. 1989: Me-

sozoic  and  Cenozoic  sedimentary  history  of  South  China.

Amer. Assoc. Petrol. Sed. Bull. 73, 1247–1269.

Thomasson  I.R.,  Nelson  M.E.  &  Zakrezewski  R.J.  1986:  A  fossil

grass  (Graminae:  Chloridoideae)  from  the  Miocene  with

Krantz anatomy. Science 233, 876–878.

Veevers J.J. & Tewari R.C. 1995: Permian-Carboniferous and Per-

mian-Triassic magmatism in the rift zone bordering the Tethy-

an margin of southern Pangea. Geology 23, 467–470.

Veizer I., Holser W.T. & Wilgus C.K. 1980: Corelation of 

13

C/

12

C

and 

34

S/

32

S secular variations. Geochim. Cosmochim. Acta 44,

579–587.

Wang K., Geldsetzer H.H.J. & Krouse H.R. 1994: Permian-Triassic

extinction: organic 

δ

13

C evidence from British Columbia, Can-

ada. Geology 22, 580–584.

Wignall P.B. & Hallam A. 1992: Anoxia as cause of the Permian/

Triassic  mass  extinction:  facies  evidence  from  northern  Italy

and western United States.  Palaeogeogr.  Palaeoclim.  Palaeo-

ecol. 93, 21–46.

Wignall P.B. & Hallam A. 1993: Griesbachian (earliest Triassic) pa-

leoenvironmental  changes  in  the  Salt  Range,  Pakistan  and

southeast  China  and  their  bearing  on  the  Permo-Triassic  ex-

tinction. Palaeogeogr. Palaeoclim. Palaeoecol. 102, 215–237.

Wignall P.B. & Hallam A. 1996: Facies change and the end-Per-

mian  mass  extinction  in  S.E.  Sichuan,  China.  Palaios  11,

587–596.

Wignall P.B. & Twitchett R.J. 1996: Oceanic anoxia and the end-

Permian mass extinction. Science 272, 1155–1158.

Wignall P.B. & Twitchett R.J. 2002: Extent, duration, and nature of

the  Permian-Triassic  superanoxic  event.  Geol.  Soc.  Amer.

Spec. Pap. 356, 395–413.

Xu D.Y. & Zheng Y. 1993: Carbon isotope and iridium event mark-

ers near the Permian/Triassic boundary in the Meishan section,

Zhejiang  Province,  China.  Palaeogeogr.  Palaeoclim.  Palaeo-

ecol. 104, 171–176.