In een studie gepubliceerd in Science Advances hebben wetenschappers een nieuwe lithiumisotoop (δ ⁷ Li) gegevens tonen aan dat de export van klei uit het continentale continent de begraving van organische koolstof en dus de zuurstofvoorziening in de atmosfeer tijdens het Cambrium bevorderde.

Dieren zijn voor hun ademhaling afhankelijk van zuurstof. De opkomst en proliferatie van vroege dieren uit het late Neoproterozoïcum tot het vroege Paleozoïcum (~ 600-500 miljoen jaar geleden of mya) wordt dus traditioneel toegeschreven aan een aanzienlijke toename van het zuurstofniveau in de zee. Geochemische tracers en numerieke modellen suggereren echter dat zowel het zuurstofniveau in de atmosfeer als in de zee tijdens het Laat Neoproterozoïcum – Vroeg Paleozoïcum aanzienlijk lager was dan nu, met zeer variabele mariene redoxtoestanden.

Gedurende deze periode vond mariene oxygenatie plaats onder omstandigheden met weinig zuurstof in de lucht, toegeschreven aan een verbeterde mariene biologische pomp. De rol van andere factoren, zoals de bevordering van het begraven van organisch materiaal door minerale bescherming door de minerale koolstofpomp, is voor dit tijdperk echter niet grondig onderzocht.

Om deze kloof te dichten hebben prof. Wei Guangyi van de Universiteit van Nanjing en prof. Zhao Mingyu van het Instituut voor Geologie en Geofysica van de Chinese Academie van Wetenschappen (IGGCAS) samen met hun medewerkers δ ⁷ ontwikkeld. Li in mariene siliciclastische sedimenten, zoals modderstenen, om de verhoudingen van continentale kleisoorten te volgen die bewaard zijn gebleven in sedimenten van het continentaal plat.

Tijdens chemische verwering wordt isotopisch licht lithium bij voorkeur opgenomen door secundaire silicaatmineralen (d.w.z. klei), wat resulteert in een negatievere δ ⁷ Li-waarden in sterk verweerde producten. Primaire silicaatmineralen en zwak verweerde producten (bijvoorbeeld veldspaat en mica) vertonen daarentegen hogere δ ⁷ Li-signaturen vergelijkbaar met die van de gemiddelde bovenste continentale korst.

Bovendien vertonen mariene authogene kleisoorten, gevormd door omgekeerde verwering van de zee, over het algemeen hogere δ ⁷ Li-waarden als gevolg van uit zeewater afkomstig lithium. Daarom de δ ⁷ Li-waarden van mariene modderstenen dienen als potentieel betrouwbare indicatoren voor de verhoudingen van verschillende soorten silicaatmineralen die bewaard zijn gebleven in sedimenten van het oude continentale plat.

De onderzoekers verzamelden ongeveer 600 moddersteenmonsters uit het late Neoproterozoïcum tot midden Cambrium (~ 660-500 mya) en analyseerden hun lithiumisotoopsamenstellingen naast kalium in verhouding tot aluminium (K / Al) verhoudingen om veranderingen in continentale silicaatverwering en kleimineraalsamenstelling te volgen. tijdens dit interval. Aanzienlijke dalingen in δ ⁷ De Li- en K/Al-verhoudingen van mariene modderstenen na het vroege Cambrium (~525 mya) wijzen op een toegenomen continentale silicaatverwering en behoud van kleimineralen in mariene sedimenten.

Verder de nieuwe mudstone δ ⁷ De Li-database werd vergeleken met de inhoud van fosfor (P), totale organische koolstof (TOC) en uranium (U) in mariene siliciclastische sedimenten uit de compilaties van het Sedimentary Geochemistry en Paleoenvironments Project. Synchrone gevallen van verminderde δ ⁷ Li en verhoogde P, TOC en U in mariene sedimenten leveren overtuigend bewijs voor correlaties tussen continentale kleivorming, mariene P-reservoirs, organische koolstofbegravingsflux en mariene oxygenatieniveaus.

Resultaten van een mondiaal biogeochemisch model suggereren dat de toegenomen instroom van continentale klei in mariene sedimenten heeft geleid tot verhoogde atmosferische en diepe mariene zuurstofniveaus, vooral onder initiële omstandigheden van lage atmosferische zuurstof.

Meer informatie: Guang-Yi Wei et al, Lithiumisotopische beperkingen op de evolutie van continentale kleimineraalfabrieken en mariene oxygenatie in het vroegste Paleozoïcum, Wetenschappelijke vooruitgang (2024). DOI:10.1126/sciadv.adk2152

Journaalinformatie: Wetenschappelijke vooruitgang

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen