Üledékes kızetek stabilizotóp-geokémiája Demény Attila MTA FKK Geokémiai Kutatóintézet demeny@geochem.hu
Kaolinit vonal
Tengeri üledékek Üledékes szulfidok: biogén szulfátredukció 32 S dúsulása a biogén szulfidban δ 34 S szulfid: -30 - -10 (CDT); δ 34 S szulfát ~+20 (CDT) Archaikum: δ 34 S(szulfid): ~ 0 ; 2,3 Md éve: szulfátredukálók Karbonát δ 13 C: ~ 0 (V-PDB). Kivétel: globális vagy lokális szénháztartás megváltozása (utólagos hatásokon kívül) Plankton δ 13 C > bentosz δ 13 C 12 C org 13 C karb oxidáció Bioproduktivitás:elvonja a 12 C-t ( anoxikus esemény )
δ 18 O: ~ 0 (V-PDB). Kivétel: a tengervíz globális δ 18 O megváltozása (utólagos hatásokon kívül)
Diagenezis δ 18 O: általában negatív irányú eltolódás Emelt hımérséklet (100-200 ºC) Fluidumáramlás - tengervíz eredető pórusfluidum - csapadékvízbeáramlás Másodlagos kiválás (oldódás): nagy Mg-tartalmú kalcit, aragonit => minimális diagenezis δ 13 C Szerves anyag oxidációja => negatív δ 13 C a DIC-ben Csapadékvízbeáramlás => talajeredető oldott C => negatív δ 13 C
Szerves anyagok: δ 13 C CO 2 (ext) CO 2 (int) R-COOH C3 (Calvin ciklus): 13 C: -40-20 C4 (Hatch-Slack ciklus): 13 C: -3-2 CAM: napszakosan változó metabolizmus C3: szárazföldi tengeri szerves anyag: CO 2 HCO 3 (~ -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 szerves anyag) KÉREG mállás metánhidrát vulkanizmus metamorfózis Szubdukciós zónák Hot spot és trapbazalt vulkanizmus szubdukció KÖPENY
Izotópos tömegegyensúly-modell d dt ( M δ ) 0 karb = F mállás δ mállás + F vulk δ vulk F b, karb δ karb F b, org δ org + F? δ? [Kump és Arthur (1999) után)
Az üledékes δ 13 C rekord változása Betemetıdés mértékének növekedése ( anoxikus esemény ) δ 13 C Produktivitás csökkenése szerves anyag oxidációja δ 13 C Óceáni áramlási rendszer megváltozása (produktivitás, betemetıdés, oxidáció, hımérséklet, vízösszetétel, stb.) Vulkanizmus CO 2 felmelegedés metánfelszabadulásδ 13 C δ 13 C karb -δ 13 C org növekedése δ 13 C org erıteljes mállás SO 2 lehőlés, savas esık δ 18 O változik, mállás Becsapódás meteorit-eredető 12 C (δ 13 C ) CO 2, SO 2, por, Tektonika: kiemelkedés erıteljes mállás Metánfelszabadulás δ 13 C
Toarci anoxikus esemény
Kihalási események a stabilizotóp-összetételek tükrében
Kihalási események okai extraterresztrikus becsapódás globális anoxia tengerszintváltozás óceáni áramlási rendszer megváltozása metánfelszabadulás vulkanizmus
60 40 20 0 P/Tr 500 400 300 200 100 0 Time (millions of years ago) Percentage of families that went extinct
Questions: - Why is theδ 13 C 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.
Gárdony-1 Bálvány section, Bükk Mts.
Bálvány, Bükk Mts., N. Hungary 10 m Carb% δ 13 C δ 18 O 0 50 100-4 -2 0 2-9 -7 G e r e n n a v á r L i m e s t o n e F o r m a t i o n t r a n s i t i o n a l b e d s 1 m 4 b a s a l b e d N a g y v i s n y ó L i m e s t o n e F m. 7 6 5 4 3 2 1
Bálvány, Bükk Mts., N. Hungary 10 m Carb% δ 13 C δ 18 O 0 50 100-4 -2 0 2-9 -7 G e r e n n a v á r L i m e s t o n e F o r m a t i o n t r a n s i t i o n a l b e d s 1 m b a s a l b e d b a s a l b e d N a g y v i s n y ó L i m e s t o n e F m. 4 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; - lowδ 18 O values; -δ 13 C-δ 18 O correlation is observed. 6 4 Gárdony-1 δ 13 C 2 0-2 -4 Bálvány -6-15 -10-5 0 δ 18 O
Sediment reworking Frequent in oolitic shallow water sediments. High-resolution analyses of individual ooides. m 303 δ 13 C 0 1 2 3 4 303 δ 18 O -15-10 -5 conventional 304 304 CONFLO 305 305 306 306 307 307 308 308
m 303 Gárdony-1 (this study) m W. Slovenia (Dolenec et al., 2001) 304 305 306 307 308 0 1 2 3 4 δ 13 C The δ 13 C peak is still missing. Cause: combined effect of sediment reworking and diagenesis. δ 13 C The Alpine sections may not preserve the original record.
Bálvány, Bükk Mts. m 3 bioclasts 0 50 δ 13 C δ 18 O Carb% 0 100-4 -2 0 2-8 -6 b a s a l b e d 2 kihalási folyamat 1
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
6 Márvány mőtárgyak δ C 13 5 4 3 2 Pentelikon Paros Carrara 1 Naxos Thasos 0-14 -12-10 -8-6 -4-2 0 2 4 6 δ 18 O
6 5 Paros 4 13 δ C 3 2 Naxos Pentelikon Carrara 1 Thasos 0-14 -12-10 -8-6 -4-2 0 2 4 6 δ 18 O
6 5 Paros TEST 4 13 δ C 3 2 Naxos Pentelikon Carrara 1 Thasos FEJ 0-14 -12-10 -8-6 -4-2 0 2 4 6 δ 18 O