I en studie publicerad i Science Advances , har forskare använt en ny litiumisotop (δ 7 Li) data för att visa att kontinental lerexport främjade nedgrävning av organiskt kol och därmed atmosfärisk syresättning under den kambriska perioden.
Djur är beroende av syre för andning. Sålunda har uppkomsten och spridningen av tidiga djur från sent neoproterozoikum till tidig paleozoikum (~600–500 miljoner år sedan eller mya) traditionellt tillskrivits en betydande ökning av marina syrenivåer. Emellertid tyder geokemiska spårämnen och numeriska modeller på att både atmosfäriska och marina syrenivåer under den sena neoproterozoiken – tidig paleozoikum var betydligt lägre än idag, med mycket varierande marina redoxtillstånd.
Under denna period inträffade marin syresättning under förhållanden med lågt atmosfäriskt syre, vilket tillskrivs en förbättrad marin biologisk pump. Rollen för andra faktorer, såsom mineralkolpumpens främjande av nedgrävning av organiskt material genom mineralskydd, har dock inte undersökts noggrant för denna epok.
För att komma till rätta med denna lucka utvecklade professor Wei Guangyi från Nanjing University och professor Zhao Mingyu från Institutet för geologi och geofysik vid den kinesiska vetenskapsakademin (IGGCAS), tillsammans med sina medarbetare δ 7 Li i marina kiselplastiska sediment, såsom lerstenar, för att spåra proportionerna av kontinentalt härledda leror som bevaras i kontinentalsockelsediment.
Under kemisk vittring tas isotopiskt lätt litium företrädesvis upp av sekundära silikatmineraler (d.v.s. leror), vilket resulterar i mer negativ δ 7 Li-värden i mycket väderbitna produkter. Däremot uppvisar primära silikatmineraler och svagt väderbitna produkter (t.ex. fältspat och glimmer) högre δ 7 Li-signaturer som liknar dem för den genomsnittliga övre kontinentala skorpan.
Dessutom uppvisar marina autentiska leror som bildas av marin omvänd väderlek i allmänhet högre δ 7 Li-värden på grund av havsvattenhärlett litium. Därför är δ 7 Li-värden för marina lerstenar fungerar som potentiellt tillförlitliga indikatorer på proportionerna av olika typer av silikatmineraler som bevaras i antika kontinentalsockelsediment.
Forskarna samlade in cirka 600 lerstensprover som spänner över det sena neoproterozoikumet till mitten av Kambrium (~660–500 mya) och analyserade deras litiumisotopsammansättningar tillsammans med kalium i förhållande till aluminium (K/Al)-förhållanden för att spåra förändringar i kontinental silikatvittring och lermineralsammansättning under detta intervall. Signifikanta minskningar av δ 7 Li- och K/Al-förhållanden för marina lerstenar efter det tidiga kambrium (~525 mya) indikerar ökad kontinental silikatvittring och bevarande av lermineral i marina sediment.
Dessutom den nya lerstenen δ 7 Li-databas jämfördes med fosfor (P), totalt organiskt kol (TOC) och uran (U) innehåll i marina silicilastiska sediment från sammanställningarna av Sedimentary Geochemistry and Paleoenvironments Project. Synkrona förekomster av minskad δ 7 Li och ökat P, TOC och U i marina sediment ger övertygande bevis för samband mellan kontinental lerbildning, marina P-reservoarer, flöde av organiskt kol och marina syresättningsnivåer.
Resultat från en global biogeokemisk modell tyder på att ökat kontinentalt lerinflöde till marina sediment har drivit på ökade atmosfäriska och djupa marina syrenivåer, särskilt under initiala förhållanden med lågt atmosfäriskt syre.
Mer information: Guang-Yi Wei et al, Litium isotopiska begränsningar på utvecklingen av kontinentala lermineralfabriker och marin syresättning i den tidigaste paleozoiska eran, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adk2152
Journalinformation: Vetenskapens framsteg
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
