Application of non-destructive analytical and imaging methods to fossil samples for the reconstruction of past ecosystems

Abstract

Rekonstrukce fosilních ekosystémů vyžaduje multiproxy přístup, který umožňuje porozumět komplexním environmentální signálům ze sedimentárních a fosilních archivů. Tato disertační kombinuje tradiční metody organické geochemie a nové nedestruktivní zobrazovací techniky s cílem maximalizovat informace získané z fosilních vzorků různých geologických stáří, od křídy až po kvartér. První část práce se zaměřuje na rekonstrukci terestrických a pobřežních ekosystémů pomocí stabilních izotopů uhlíku z fosilního rostlinného materiálu. Případová studie z cenomanu České křídové pánve demonstruje využití chemotaxonomie a stabilních izotopů uhlíku z n-alkanů (δ13 C) při detekci stresu ze zvýšené salinity u krytosemenných rostlin. Tyto geochemické data jsou použity pro celostní rekonstrukci vegetace České křídové pánve. Pro hlubší prozkoumání dynamiky ekosystémů práce dále zkoumá postglaciální rekolonizaci v Západních Karpatech, kde jsou geochemická data kombinována s malakocenózami pro sledování refugiální dynamiky a center biodiverzity. Druhá část práce se zabývá potřebou nedestruktivních metod v paleolimnologii. Představuje validaci hyperspektrálního zobrazování (HSI) pro přímou in-situ detekci sedimentárních pigmentů, konkrétně fykocyaninu (markeru sinic). Tato nová metoda umožňuje skenování sedimentárních...

Reconstructing past ecosystems requires a multi-proxy approach that can gain understanding of complex environmental signals from sedimentary and fossil archives. This thesis applies a combination of traditional and non-destructive approaches of analytical organic geochemistry and novel non-destructive imaging techniques to maximize the information retrieved from fossil samples across different geological timescales, ranging from the Cretaceous to the Quaternary. The first part of the thesis focuses on the reconstruction of terrestrial and coastal ecosystems using stable carbon isotopes in leaf waxes from fossil and modern plant material. A case study from the Cenomanian of the Bohemian Cretaceous Basin investigates the relationship between plant leaf waxes δ13 C and salinity. This work establishes a comparative framework by analyzing modern plants from analogous coastal environments in New Zealand and the UK. By comparing the isotopic signatures of modern species with known stress tolerances to those of fossil cuticles, the study successfully reconstructs the salinity/water stress levels of individual Cretaceous plant habitats. As another use case of isotopic proxies, the thesis examines post-glacial recolonization in the Western Carpathians. Here, geochemical data, including stable isotopes from...