Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-818
Main Title: Geochemical Significance of Biomarkers in Paleozoic Coals
Author(s): Armstroff, Antje
Advisor(s): Dominik, Wilhelm
Granting Institution: Technische Universität Berlin, ehemalige Fakultät VI - Bauingenieurwesen und Angewandte Geowissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: English
Language Code: en
Abstract: Diese Arbeit analysiert extrahierbares organisches Material von 40 paläozoischen Proben mit dem Ziel, Einblicke in die biochemische Evolution der Landpflanzen zu gewinnen. Zusätzlich wird der Zusammenhang zwischen sauerstoffhaltigen Verbindungen und den nichtfunktionalisierten aromatischen Kohlenwasserstoffen detailliert untersucht. Es wurden 40 Proben des Zeitraumes Mittleres/Oberes Devon bis Perm analysiert. Die Vitrinitreflektion der Proben liegt zwischen 0,32 und 1,80%. Bis auf zwei Proben gehören alle zur Euamerianischen Florenprovinz. Die meisten Proben sind kohlige Tonsteine, außerdem sind einige Sedimente und zwei Fossiien Bestandteil der Probenserie. Zur Charakterisierung der Verbindungsklassen und spezifischer Verbindungen wurde das niedermolekulare organische Material extrahiert und mittels Flussigkeitschromatographie separiert. Einzelverbindungen wurden mittles Gaschromatographie und Gaschromatographie-Massenspectrometrie identifiziert und quantifiziert. Bei den Alkyldibenzofuranen, den Alkylphenylnapththalinen und den Benzo[b]naphthofuranen handelt es sich um terrestrische Biomarker. In dieser Arbeit wird davon ausgegangen, dass Alkylphenylnaphthaline von Lignanen stammen und das Benzo[b]naphthofurane das Kondensationsprodukt einer ubiquitären terrestrischen Quelle sind. Alkylnaphthaline und -phenanthrene dominieren in allen Proben. Dies ist typisch für terrestrisches organisches Material des untersuchten Reifeintervalls. Es wird vermutet, daß durch die thermische Reifung Alkylnapthaline vor den Alkylphenanthrenen entstehen und daß ihre Isomerisierung dementsprechend früher einsetzt. Die biogene Signifikanz spezifischer Alkylnaphthaline und -phenanthrene ist komplex und wird detailliert diskutiert. Bei 1,2,8-Trimethylphenanthren handelt es sich wahrscheinlich um einen Biomarker, der von tetracyclischen Triterpenen des Dammarane-Types oder von Pflanzensteroiden abstammen könnte. Funktionalisierte Verbindungen des Naphthalin- und Phenanthrentypes sind in den Proben auch stark vertreten. Dieser Befund ist bei den Verbindungen, die auf dem Naphthalingerüst basieren, besonders ausgeprägt. Sowohl die Aldehyde und Ketone als auch die Karbonsäuren korelieren stark mit den entsprechenden nichtfunktionalisierten aromatischen Verbindungen. Dies läßt vermuten, daß die funktionalisierten Verbindungen für das untersuchte Reifeintevall mittels Oxidation aus den nichtfunktionalisierten aromatischen Kohlenwasserstoffen gebildet wurden. Dies geschieht für Aldehyde und Ketone unter milden Bedingungen während die Bildung der Karbonsäuren durch thermische Reifung begünstigt wird. Das Vorhandensein von Monoterpenen wie Isoborneol, Borneol, Fenychylalkohol, Kampher, Thymol und Carvacrol in vielen unreifen Proben des gesamten untersuchten Zeitintervalls wird in dieser Arbeit erstmals dokumentiert, Dies ist bemerkenswert da es zeigt, daß die Landpflanzen des Paläozoikums bereits die Fähigkeit besaßen, diese Verbindungen zu synthetisieren.
The investigations of this thesis focus on the composition of the extractable organic matter of 40 Paleozoic samples aming to get insights into the biochemical evolution of fossil land plants. Additionally the interdependency between oxygen containing compounds and the non functionalised aromatic hydrocarbons is investigated in detail. A set of 40 samples spanning the time range from Middle/late Devonian to Permian has been investigated. The vitrintite reflectances of the samples range from 0.32 to 1.80%. With the exception of two samples they all belong to the Euamerian flora realm. Most of the samples are coaly shales, though a few sediments and two fossils are included in the collection. For characterisation of compound classes and individual compounds, low molecular weight organic matter was extracted and separated into compound class fractions via liquid chromatography. Individual compounds were identified and quantified applying gas chromatography and gas chromatography-mass spectrometry. Among the investigated compound classes, alkyldibenzofurans, alkylphenylnaphthalenes and benzo[b]naphthofurans were assigned to be terrestrial markers. It is suggested in this thesis that alkylphenylnaphthalenes may originate from lignans and that benzo[b]naphthofurans are condensation products of an ubiquitous terrestrial source. Alkylnaphthalenes and -phenanthrenes are predominant in all investigated samples, this being typical for terrestrial organic matter of the investigated maturity range. It is suggested that alkylnaphthalenes are formed earlier than alkylphenanthrenes with respect to thermal stress and that isomerisation reactions of alkylnaphthalenes therefore proceed prior to those of alkylphenathrenes. The biogenic significance of individual alkylnaphthalenes and -phenanthrenes is rather complex and is discussed in detail. 1,2,8-Trimethylphenanthrene is suggested to be a biomarker originating from tetracyclic triterpenoids of the dammarane type or from plant steroids. Functionalised compounds based on the naphthalene and phenanthrene skeleton are also highly abundant, this being more pronounced for compounds of the naphthalene type. The strong correlation between aromatic hydrocarbons and functionalised compounds strongly indicates that the latter compounds are formed via oxidation. This is supposed to occur under mild conditions in the case of aldehydes and ketones, while the formation of carboxylic acids is probably forced under thermal stress. Tbe presence of functionalised monoterpenes like isoborneol, borneol, fenchyl alcohol, camphor, thymol and carvacrol in many immature samples expanding the period from the Middle/late Devonian to Permian ages, is observed for the first time. This is of great significance, pointing to the capacity of ancient terrestrial plants to synthesize these monoterpenes.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-7195
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1115
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-818
Exam Date: 14-Jul-2004
Issue Date: 28-Dec-2004
Date Available: 28-Dec-2004
DDC Class: 500 Naturwissenschaften und Mathematik
Subject(s): Aromatic hydrocarbons
Mass specrtrometry
Monoterpenes
Paleozoic coals
Terrestrial biomarkers
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Appears in Collections:Technische Universität Berlin » Fakultäten & Zentralinstitute » Fakultät 6 Planen Bauen Umwelt » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Dokument_25.pdf10.79 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.