PAGES Poland

geochemistry of lake sediments

Interpretations of chemical composition of sediments rely on the assumption that sedimentary composition directly reflects physical-chemical conditions in the depositional environment. Consequently, geochemical analysis are widely used in palaeolimnlogy and palaeoceanography to reconstruct variations in chemical composition of water, fluctuations in biological productivity, denudation rates, anthropogenic effect on ecosystems and climatic changes.

These processes influence elemental and mineral composition of sediments as well as the content and composition of sedimentary organic matter. The most important geochemical proxies applied in palaeoenvironmental studies are summarized in Table 1.

Table 1. Geochemical indices and their palaeolimnological interpretation

The best indicators of physical-chemical conditions in water environments are authigenic (endogenic) components, i.e., those formed in the water column dependently on pH, Eh, biomass production, water dynamics etc. In temperate climates, the authigenic fraction of sediments usually comprises biologically-mediated compounds (biogenic silica, organic matter, CaCO3, sulphides, etc.), with chemical precipitates being relatively rare.

On the other hand, terrigenous matter content (mostly detrital quartz and aluminosilicates) result from erosional processes in the watershed (Photo. 1 and 2).


Phot. 1. Quartz grain (SiO2ter) and diatom frustules (SiO2biog) in gyttja sample - Phot. 2. Wood fragment in lacustrine gyttja

Nevertheless, conclusions drawn from geochemical data may be ambiguous. Fundamental questions concern early diagenetic alteration of deposits and, to a lesser degree, contemporary controls of chemical sedimentation of different elements and compounds in natural geosystems (Berner, 1980). The former may result in postdepositional remobilisation of chemical elements within the sediments (i.e., Fe, Mn, S) or enrichment of sediments in framboidal pyrite, carbonates and hydrocarbons (Phot. 3 and 4).


Phot. 3. Calcite crystals - Phot. 4. Framboidal pyrite

Michał Woszczyk

References
Bałaga K., Szeroczyńska K., Taras H., Magierski J. 2002:Natural and anthropogenic conditioning of the development of Lake Perespilno (Lublin Polesie) in the Holocene, Limnological Review, 2: 15-27.
Bechtel A., Woszczyk M., Reischenbacher D., Sachsenhoffer R.F., Gratzer R., Püttmann W., Spychalski W., 2007: Biomarkers and geochemical indicators of Holocene environmental changes in coastal Lake Sarbsko (Poland), Organic Geochemistry, 38: 1112-1131.
Borówka R.K. 1992: Przebieg i rozmiary denudacji w obrębie śródwysoczyznowych basenów sedymentacyjnych podczas późnego vistulianu i holocenu, Wyd. Nauk. UAM, seria Geografia, 54: 177pp.
Borówka R.K. 2007: Geochemiczne badania osadów jeziornych strefy umiarkowanej, Stud. Lim. et Tel 1, 1: 33-42.
Gołębiewski R. 1981: Kierunki i intensywność denudacji na obszarze zlewni górnek Raduni w późnym Würnie i holocenie, Zeszyty Naukowe UG, Rozprawy i Monografie, 26, 165pp.
Goslar T. 1998: Anthropogenic changes in the chemical composition of the Lake Gościąż sediments. In: Ralska-Jasiewiczowa M. et al (Eds), Lake Gościąż A Monographic study, W. Szafer Institute of Botany, Kraków, 310-318pp.
Goslar T., Bałaga K., Arnold M., Tisnerat N., Starnawska E., Kuźniarski M., Chróst L., Walanus A., Więckowski K. 1999: Climate-related variations in the composition of the Lateglacial and Early Holocene sediments of Lake Perespilno (eastern Poland), Quaternary Science Reviews, 18: 899-911.
Kępińska U. 1996: Próba wykorzystania danych geochemicznych w badaniach paleogeograficznych Zatoki Gdańskiej, Wiadomości IMGW XIX (XL), 3: 101-121.
Łącka B., Starnawska E., Kuźniarki M. 1998a: Mineralogy and geochemistry of the Younger Dryas sediments from Lake Gościąż. In: Ralska-Jasiewiczowa M. et al (Eds), Lake Gościąż A Monographic study, W. Szafer Institute of Botany, Kraków, 124-128.
Łącka B., Starnawska E., Kuźniarki M., Chróst L. 1998b: Mineralogy and geochemistry of the Lake Gościąż holocene sediments. In: Ralska-Jasiewiczowa M. et al (Eds), Lake Gościąż A Monographic study, W. Szafer Institute of Botany, Kraków, 196-202.
Ralska-Jasiewiczowa M., Goslar T., Różański K., Wacnik A., Czernik J., Chróst L. 2003:Very fast environmental changes at the Pleistocene/Holocene boundary, recorded in laminated sediments of Lake Gościąż, Poland, Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 193: 225-247.
Rotnicki K., Borówka R.K., Pazdur A., Hałas S., Krzymińska J., Witkowski A. 1999: Chronologia holoceńskiej transgresji Bałtyku w rejonie Mierzei Łebskiej. In: Pazdur A. et al. (Eds), Geochronologia górnego czwartorzędu Polski w świetle datowania radiowęglowego i termoluminescencyjnego, Wind Wrocław, 229-242.
Tylmann W. 2005: Lithological and geochemical record of anthropogenic changes in recent sediments of a small and shallow lake (lake Pusty Staw, northern Poland), Journal of Palaeolimnology, 33: 313-325.
Vu Ngoc-Ky, Szczepańska J., Szczepański A. 1981: Rekonstrukcja warunków paleohydrochemicznych na podstawie składu kationów wymiennych w osadach ilastych, Kwartalnik Geologiczny, 25(1): 199-213.
Wojciechowski A. 2000: Zmiany paleohydrologiczne w środkowej Wielkopolsce w ciągu ostatnich 12000 lat w świetle badań osadów jeziornych rynny kórnicko-zaniemyskiej, Wyd. Nauk. UAM seria Geografia, 63: 236pp.
Woszczyk M., Spychalski W. 2007: Czynniki czasowej zmienności zawartości wybranych metali ciężkich w osadach Jeziora Sarbsko (Nizina Gardnieńsko-Łebska) na tle genezy zbiornika, Ochrona Środowiska i zasobów naturalnych, 31: 485-497.