Событие Ломагунди (также Изотопная аномалия Ломагунди-Ятули , аномалия Ломагунди , сокр. LE , Lomagundi Event ) — самая значительная положительная аномалия δ ¹³ C за всю историю Земли, которая возникла в палеопротерозое в интервале 2220–2100 млн лет назад (геологический период Рясий ) и достигала максимального значения 14 ‰ VPDB около 2175 млн лет назад.

Событие названо в честь геологической в Зимбабве , где оно было впервые обнаружено и описано.

История открытия

Первое подробное описание изотопной аномалии было сделано в 1975 г. немецким исследователем с соавторами в ходе изучения палеопротерозойских доломитов . Однако фактическое открытие относится к 1968 году и принадлежит группе Галимова, проводившей исследования в отложениях Ятулия в Карелии .

Первоначально аномалия была интерпретирована как локальная, привязанная к замкнутому морскому бассейну, где происходило интенсивное накопление биомассы. В дальнейшем выяснилось, что известняки и доломиты этого периода с δ ¹³ С более 10 ‰ встречаются повсеместно, что говорит о глобальном изменении изотопного состава углерода по всему Мировому океану. В качестве причины называлось широкое распространение цианобактерий, что привело к изъятию из морской воды лёгкого изотопа углерода .

Предыстория

Переход от архея к палеопротерозою был временем глобальных изменений окружающей среды. Самым значительным из этих изменений, несомненно, была Кислородная катастрофа (GOE), которая началось примерно 2450 млн лет назад и достигла своего пика 2350–2280 млн лет назад . В связи с увеличением концентрации кислорода наступил гуронский ледниковый период , протекавший в три фазы (озеро Рэмси — с 2420–2405 млн лет назад, Брюс — с 2370–2360 млн лет назад и Говганда — 2315–2305 млн лет назад) .

В течение палеопротерозоя осадочный процесс все больше характеризовался богатыми углеродом органическими отложениями которые были распространены с момента 2000 млн лет назад. В момент 2200 млн лет назад впервые образовались фосфориты . Кроме того, образовались богатые сульфатом кальция отложения морского происхождения (2200 млн лет назад) и типичные для этого периода .

Ко времени распада неоархейского суперконтинента Суперия (или Кенорленд ) около 2200 млн лет до назад в течение примерно 250-миллионолетнего периода (2450–2200 млн лет назад) глобального снижения вулканической активности ( Global Magmatic Shutdown ) и очень медленной тектоники плит также произошли значительные геодинамические изменения.

Доказательства

Помимо типового местонахождения в Зимбабве и первой находки в Карелии, изотопная аномалия Ломагунди обнаруживается практически по всему миру, за исключением Антарктиды . Задокументированы следующие случаи:

• Европа ( Балтийский щит )
  • Финляндия ( )
  • Норвегия
  • Швеция
  • Россия ( Кольско - и Карелия)
  • Шотландия ( )
  • Украина ( Украинский щит )
• Северная Америка ( )
• Южная Америка ( Бразилия , )
• Африка ( ЮАР , )
• Австралия ( Западная Австралия )
• Индия ( )
• Китай (северо-восток )

Характеристика изотопной аномалии

Мартин и др. (2013a) определили максимальную продолжительность избытка изотопа δ ¹³ C 249 ± 9 млн лет (интервал 2306–2057 млн лет назад) и минимальную продолжительность 128 ± 9 млн лет (интервал 2221–2093 млн лет назад) . Положительный выброс должен был произойти за один раз, но авторы не исключают, что при более тонком изучении будет обнаружено нескольких коротких выбросов.

Значения δ ¹³ C с конца архея до момента примерно 2300 млн лет назад практически постоянно находились на уровне 0 ‰ VPDB ( венский белемнитстандарт) , затем начинают постепенно увеличивается, а 2225 млн лет назад происходит их внезапный рост. Абсолютное максимальное значение около 14 ‰ VPDB было достигнуто около 2175 миллионов лет назад. После прохождения максимума кривая снова падает, но спад менее крутой, чем подъем. Примерно 2020 млн лет назад показатель вновь достиг уровня 0 ‰ VPDB и оставался на этом уровне до конца палеопротерозоя. Следует отметить, что кривая на рисунке имеет разброс около 3 ‰ VPDB.

Для лучшего понимания хода кривой приведем некоторые сравнительные значения, которые подчеркивают исключительный характер аномалии Ломагунди:

• Органический углерод: −23 ‰ VPDB (среднее)
• Мантия : −5 ‰ VPDB
• Углерод в земной коре : −5 ‰ VPDB
• Углерод, растворенный в морской воде : обычно 0 ‰ VPDB
• Осадочные карбонаты : от 0 до 1 ‰ VPDB
• Поверхностные воды океана: от 1 до 3 ‰ VPDB
• Карстовые отложения : от −11 до 0 ‰ VPDB
• Термокарст ( травертин ): от -4 до 8 ‰ VPDB

Объяснение

Изменение значений δ ¹³ C во времени напрямую связано с содержанием кислорода в земной атмосфере. Кислород высвобождается за счет восстановления неорганического углерода (например, в двуокиси углерода ) до органических соединений углерода (обычно кратных CH ₂ O). Однако фотосинтетическая фиксация углерода отдает предпочтение более легкому изотопу ¹² С. Это объясняет довольно низкие значения δ ¹³ C для органического углерода .

При выносе из экосистемы больших количеств органического углерода путем осаждения и последующего запечатывания в геологических формациях увеличивается не только содержание кислорода в море и в атмосфере, но и одновременно увеличиваются значения δ ¹³ С для нерастворенного, неорганического углерода и осадочных карбонатов .

Огромный рост значений δ ¹³ C во время события Ломагунди можно объяснить повышенным производством кислорода, которое было вызвано быстрым ростом цианобактерий во время предыдущей Великой кислородной катастрофы. В то же время, однако, органический углерод должен был осаждаться в значительных количествах в виде, например, , которые появляются в отвалах впервые к концу изотопной аномалии.

Примечания

1. ↑ M. Schidlowski, R. Eichmann, C.E. Junge. Докембрийские осадочные карбонаты: химия изотопов углерода и кислорода и последствия для земного кислородного баланса (англ.) = Precambrian sedimentary carbonates: carbon and oxygen isotope chemistry and implications for the terrestrial oxygen budget // Precambrian Res.. — 1975. — Vol. 2 . — P. 1-69 .
2. Галимов Э.М., Кузнецова Н.Г., Прохоров В.С. К вопросу о составе древней атмосферы Земли в связи с результатами изотопного анализа углерода докембрийских карбонатов (рус.) // Геохимия. — 1968. — Т. 11 . — С. 1376–1381 .
3. James Eguchi, Johnny Seales, Rajdeep Dasgupta. от 13 октября 2022 на Wayback Machine // Nature Geoscience. 2019. DOI: 10.1038/s41561-019-0492-6. Русская аннотация: Стрекопытов В. от 13 октября 2022 на Wayback Machine . «Элементы»
4. Q. Guo, u. a. Reconstructing Earth’s surface oxidation across the Archean-Proterozoic transition // Geology. — 2009. — Т. 37 .
5. A. Bekker, H. D. und Holland. Oxygen overshoot and recovery during the early Paleoproterozoic (англ.) // Earth Planet. Sci. Lett.. — 2012. — Vol. 317–318 . — P. 295–304 .
6. Papineau, D. Global biogeochemical changes at both ends of the Proterozoic: insights from Phosphorites // Astrobiology. — 2010. — Т. 10 . — С. 165–181 .
7. K.C. Condie, D.J. Des Marais, D. Abbot. Precambrian superplumes and supercontinents: a record in black shales, carbon isotopes, and paleoclimates? // Precambrian Research. — 2001. — Т. 106 . — С. 239–260 .
8. K.C. Condie, C. O’Neill, R.C. Aster. Evidence and implications for a widespread magmatic shutdown for 250 My on Earth // Earth and Planetary Science Letters. — 2009. — Т. 282 . — С. 294–298 .
9. V. A. Melezhik, A.E. Fallick. A widespread positive δ13C carb anomaly at around 2.33–2.06 Ga on the Fennoscandian Shield: a paradox? // Terra Nova. — 1996. — Т. 8 . — С. 141–157 .
10. J. A. Karhu. Paleoproterozoic evolution of the carbon isotope ratios of sedimentary carbonates in the Fennoscandian Shield // Geological Survey of Finland Bulleti. — 1993. — Т. 371 . — С. 1–87 .
11. P. Salminen,. Carbon isotope records of sedimentary carbonate rocks in the Pechenga Belt, NW Russia: implications for the Precambrian carbon cycle. — 2014.
12. A. J. Baker, A. E. Fallick. Evidence from Lewisian limestones for isotopically heavy carbon in two-thousand-million-year-old sea water // Nature. — 1989. — Т. 337 . — С. 352–354 .
13. V. N. Zagnitko, I. P. Lugovaya. Isotope Geochemistry of Carbonate and томed Iron Formations of the Ukrainian Shield // Naukova Dumka. — 1989.
14. A. Bekker, J. A Karhu, K. A. Eriksson, A. J. Kaufman. Chemostratigraphy of Paleoproteroizoic carbonate successions of the Wyoming Craton: tectonic forcing of biogeochemical change? // Precambrian Research. — 2003. — Т. 120 . — С. 279–325 .
15. A. Bekker, A. N. Sial, J. A. Karhu, V. P. Ferreira, C. M. Noce, A. J. Kaufman, A.W. Romano, M. M. Pimentel. // American Journal of Science. — 2003. — Т. 303 . — С. 865–904 . 13 октября 2022 года.
16. A. Bekker, A. J. Kaufman, J. A. Karhu, N. J. Beukes, Q. D. Swart, L. L. Coetzee, K. A. Eriksson. Chemostratigraphy of the Paleoproterozoic Duitschland Formation, South Africa: implications for coupled climate change and carbon cycling // American Journal of Science. — 2001. — Т. 301 . — С. 261–285 .
17. J. F. Lindsay, M. D. Brasier. Did global tectonics drive early biosphere evolution. Carbon isotope record from 2.6 to 1.9 Ga carbonates of Western Australian basins // Precambrian Research. — 2002. — Т. 114 . — С. 1–34 .
18. B. Sreenivas, S. Das Sharma, B. Kumar, D. J. Patil, A. B. Roy, R. Srinivasan. [ Positive δ13C excursion in carbonate and organic fractions from the Paleoproterozoic Aravalli Supergroup, Northwestern India] // Precambrian Research. — 2001. — Т. 106 . — С. 277–290 . 13 октября 2022 года.
19. H. Tang, Y. Chen, G. Wu, Y. Lai. // Gondwana Research . — 2011. — Т. 19 . — С. 471–481 . 13 октября 2022 года.
20. A. P. Martin, D. J. Condon, A. R. Prave, A. Lepland. // Earth-Science Reviews. — 2013. — Т. 127 . 13 октября 2022 года.
21. T.F. Anderson, M.A. Arthur. Stable isotopes of oxygen and carbon and their application to sedimentologic and paleoenvironmental problems // Stable Isotopes in Sedimentary Geology. — 1983.
22. J.A. Karhu, H.D. Holland. // Geology. — 1996. — Т. 24 . — С. 867–879 . 13 октября 2022 года.