Картирование аморфного SiO2 в девонских сланцах и возможная связь с продуктивностью морской среды во время зарождающейся диверсификации лесов

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 1516 (2023) Цитировать эту статью

709 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Круговорот кремнезема в мировом океане нелегко оценить в геологическом масштабе времени. С появлением радиолярий и губок, начиная с раннего кембрия, кремнезем может иметь два источника отложения: континентальное выветривание и биогенный кремнезем. Крайне важно иметь надежный метод дифференциации аморфного кремнезема и кристаллического кремнезема, чтобы по-настоящему понять биогеохимический и неорганический круговорот кремнезема. В этом исследовании опал-А нанесен на карту в осадочном бассейне Западной Канады в сланцах формации Дюверне позднего девона с использованием длинноволновой гиперспектральной визуализации наряду с геохимическими показателями, которые различают кристаллический и аморфный SiO2 во время расширения ранних лесов мира. Событие punctata, о котором свидетельствуют несколько отклонений изотопов углерода во франском периоде, соответствует расширению лесов, когда у сосудистых наземных растений появляются семена и более глубокая корневая сеть, что, вероятно, приводит к усилению педогенеза. Питательные вещества из более толстых горизонтов почвы, попадающие в морскую среду, связаны с более высоким уровнем первичной продуктивности океанов и последующим кислородным голоданием в более глубоких водах в это время. Результаты этого исследования впервые показывают пространственное распределение аморфного SiO2 в осадочном бассейне во время этого серьезного изменения в земной сфере, когда леса расширяются и развивают более глубокую корневую сеть.

Серьезный сдвиг климата и уровня кислорода в атмосфере Земли начался вблизи границы эмса и эйфеля (~ 395 млн лет назад)1 и продолжился в раннем фране, когда леса начали расширяться2,3,4. Первые в мире леса были обнаружены в позднем эмском периоде на Шпицбергене и в живетских слоях в Гильбоа, штат Нью-Йорк, США5,6, однако Кэпел и др.3 идентифицируют несколько крупных импульсов возникновения-вымирания в течение силура-девона, которые в конечном итоге привели к переход к лесистому наземному ландшафту в среднем девоне. К концу живе корневая сеть углубилась, и к франскому веку стали обычным явлением аневрофитные и археоптеридные прогимноспермовые леса, в результате чего начали формироваться более толстые горизонты почвы; тем самым увеличивая поступление питательных веществ наземного происхождения в морскую среду2,4,7. Предыдущие исследования этих изменений в биоразнообразии предсказывали, что усиление доставки питательных веществ могло вызвать увеличение продуктивности, кислородную стратификацию, отложение богатых органическими веществами черных сланцев и эвтрофикацию во франских эпиконтинентальных морях2,4,8,9. Озерные отложения среднего и позднего девона из Гренландии и северной Шотландии демонстрируют чистую потерю фосфора (P), важного биолимитирующего питательного вещества, которое, как ожидается, будет уменьшаться в земной среде, подвергающейся колонизации растениями, где P высвобождается из минералов косвенно за счет подкисления корневые поры, образующиеся в результате разложения органических веществ и выделения органических экссудатов из корней8,10,11. Значительный и продолжительный сдвиг δ13C в зоне конодонтов punctata, который, как полагают, вызван увеличением доставки высвобождаемых питательных веществ (например, P), которые могут повысить продуктивность и захоронение органического углерода в среднем и позднем девоне, называется событием punctata. (PE) и признан в бассейнах всего мира12. Предполагаемая продуктивность, связанная с pE, может также привести к усилению аморфного SiO2 биологического происхождения в районах, которые испытали приток питательных веществ за счет доставки почв, образованных более глубокими корневыми сетями2,8. Аморфный SiO2 постоянно недооценивался в древних осадочных толщах, что искажает наше понимание глобального биогеохимического круговорота кремнезема13,14,15,16. Кремнезем в сланцах обычно интерпретировали как терригенный по происхождению; однако Шибер17 и Шибер и др.14 продемонстрировали, что значительная часть кварцевого ила в сланцах может быть биогенно- или диагенетически получена, особенно после раннего кембрия, когда начали размножаться радиолярии и кремнистые губки16. В богатых SiO2 сланцах франской формации Дюверне наблюдаются отклонения δ13C(org), характерные для pE, которые также были зарегистрированы в канадских Скалистых горах18. Поэтому в данном исследовании изучаются эти бассейновые отложения, чтобы определить, имеет ли SiO2 в сланцах Дюверне биологическое происхождение и может ли увеличение отложений SiO2 быть связано со значительным сдвигом в земной сфере, когда мировые леса расширялись.