Üledékes kızetek stabilizotóp-geokémiája
Demény Attila MTA FKK Geokémiai Kutatóintézet
[email protected]
Kaolinit vonal
Tengeri üledékek Üledékes szulfidok: biogén szulfátredukció ⇒ 32S dúsulása a biogén szulfidban δ34S szulfid: -30 - -10 ‰ (CDT); δ34S szulfát ~+20 ‰ (CDT) Archaikum: δ34S(szulfid): ~ 0 ‰; 2,3 Md éve: szulfátredukálók Karbonát δ13C: ~ 0 ‰ (V-PDB). Kivétel: globális vagy lokális szénháztartás megváltozása (utólagos hatásokon kívül) Plankton
δ13C
> bentosz
δ13C
12C
org
13C
karb
oxidáció
Bioproduktivitás:elvonja a 12C-t („anoxikus esemény”)
δ18O: ~ 0 ‰ (V-PDB). Kivétel: a tengervíz globális δ18O megváltozása (utólagos hatásokon kívül)
Diagenezis δ18O: általában negatív irányú eltolódás Emelt hımérséklet (100-200 ºC) Fluidumáramlás - tengervíz eredető pórusfluidum - csapadékvízbeáramlás Másodlagos kiválás (oldódás): nagy Mg-tartalmú kalcit, aragonit => minimális diagenezis δ13C Szerves anyag oxidációja => negatív δ13C a DIC-ben Csapadékvízbeáramlás => talajeredető oldott C => negatív δ13C
Szerves anyagok: δ13C CO2 (ext) ⇔ CO2 (int) ⇔ R-COOH C3 (Calvin ciklus): ∆13C: -40 → -20 ‰ C4 (Hatch-Slack ciklus): ∆13C: -3 → -2 ‰ CAM: napszakosan változó metabolizmus C3: szárazföldi ⇔ tengeri szerves anyag: CO2 ⇔ HCO3 (~ -28 ‰) (~ -22 ‰) C4: ~ -10 ‰ (főfélék, cukornád, kukorica) Felhasználás: fáciesek, behordódás, táplálkozás Pl.: recens plankton ~ -22 ‰ júra ~ -30 ‰ prekambrium ~ -35 - -47 ‰
Változik a növényi metabolizmus
Globális szénkörforgás a stabilizotóp-összetételek tükrében
ÓCEÁN-ATMOSZFÉRA
M O R B
betemetıdés (karbonát és mállás szerves anyag) metánhidrát
KÉREG
vulkanizmus metamorfózis
Szubdukciós zónák
Hot spot és trapbazalt vulkanizmus
szubdukció
KÖPENY
Izotópos tömegegyensúly-modell
d (M 0δ karb ) = Fmállásδ mállás + Fvulk δ vulk dt − Fb ,karbδ karb − Fb ,org δ org + F?δ ?
[Kump és Arthur (1999) után)
Az üledékes δ13C rekord változása • Betemetıdés mértékének növekedése („anoxikus esemény”) ⇒ δ13C ↑ • Produktivitás csökkenése ⇒ szerves anyag oxidációja ⇒ δ13C ↓ • Óceáni áramlási rendszer megváltozása (produktivitás, betemetıdés, oxidáció, hımérséklet, vízösszetétel, stb.) • Vulkanizmus ⇒ CO2 ↑ ⇒ felmelegedés ⇒ metánfelszabadulás δ13C ↓↓ ⇒ δ13Ckarb-δ13Corg növekedése ⇒ δ13Corg ↓ ⇒ erıteljes mállás ⇒ SO2 ↑ ⇒ lehőlés, savas esık ⇒ δ18O változik, mállás • Becsapódás ⇒ meteorit-eredető 12C (δ13C ↓) ⇒ CO2, SO2, por, … • Tektonika: kiemelkedés ⇒ erıteljes mállás • Metánfelszabadulás ⇒ δ13C ↓ ↓
Toarci anoxikus esemény
Kihalási események a stabilizotóp-összetételek tükrében
Kihalási események okai
extraterresztrikus becsapódás globális anoxia tengerszintváltozás óceáni áramlási rendszer megváltozása metánfelszabadulás vulkanizmus
Percentage of families that went extinct
60
P/Tr
40
20
0 500
400
300
200
100
Time (millions of years ago)
0
Questions: - Why is the δ13C peak missing in Alpine sections? - What is the mechanism of methane release? Sections studied: - Oolitic section of the Gárdony-1 core, W. Hungary. - Limestone - marl section of the Bükk Mts., N. Hungary
Ziegler et al., 1997
Gárdony-1
Bálvány section, Bükk Mts.
Bálvány section, Bükk Mts. Gárdony-1
Bálvány, Bükk Mts., N. Hungary
13C δ18O Carb% δ 0 50 100 -4 -2 0 2 -9 -7
m 10
Gerennavár Limestone Formation “transitional
1m
beds”
4
“basal bed” Nagyvisnyó Limestone Fm.
7 6 5 4 3 2 1
Bálvány, Bükk Mts., N. Hungary
13C δ18O Carb% δ 0 50 100 -4 -2 0 2 -9 -7
m 10
Gerennavár Limestone Formation “transitional
1m
beds”
4
„b“ ab as saall ed” b ebd” Nagyvisnyó Limestone Fm.
7 6 5 4 3 2 1
Gárdony-1 core, W. Hungary
m 303
δ13C 0
1
2
δ18O 3
4 -15
-11
304
305
306
307
308
missing peak!
-8
Possible causes: Diagenesis - recrystallization and secondary calcite fillings are frequently detected; - low δ18O values; - δ13C-δ18O correlation is observed. 6 Gárdony-1
δ13C
4 2 0 -2
Bálvány
-4 -6 -15
-10
δ18O
-5
0
Sediment reworking Frequent in oolitic shallow water sediments. ⇒ High-resolution analyses of individual ooides. m
303
0
1
δ13C 2
3
4
-15
δ18O -10
-5
303
conventional 304
304
305
305
306
306
307
307
308
308
CONFLO
Gárdony-1 (this study)
m
m
W. Slovenia (Dolenec et al., 2001)
303
304
305
306
307
308
0
1
2
δ13C
3
The δ13C peak is still missing. Cause: combined effect of sediment reworking and diagenesis.
4
δ13C ⇒ The Alpine sections may not preserve the original record.
Bálvány, Bükk Mts. m
basal bed
3
2
1
bioclasts 0
50
Carb% 0
100 -4
δ13C
-2
0
δ18O
2 -8 -6
kihalási folyamat
Erıteljes szulfidfelhalmozódás, nincs fıelemkorreláció => Szulfát savas esıbıl => Szibériai trapbazalt vulkanizmus
Szerpentincsoportba tartozó ásvány
Csıvár, triász-júra szelvény
Kréta-tercier kihalási esemény
Okok 1) Dekkán trap bazalt 2) Becsapódás
Márvány mőtárgyak 6
13
δ C
5
Paros
Pentelikon
4 3
Carrara
2 1
Naxos
Thasos
0 -14
-12
-10
-8
-6
-4
18
δ O
-2
0
2
4
6
6 5
δ13C
Paros 4 3
Pentelikon 2
Carrara
Naxos
1
Thasos
0 -14
-12
-10
-8
-6
-4
18
δ O
-2
0
2
4
6
6
TEST 5
13
δ C
Paros 4 3
Pentelikon 2
Carrara
Naxos
1
FEJ
Thasos
0 -14
-12
-10
-8
-6
-4
18
δ O
-2
0
2
4
6
