introduzione
Le registrazioni isotopiche di Sr, Nd, Pb e Os dell'acqua di mare possono essere ottenute da sedimenti marini autentici e forniscono informazioni sulle variazioni nella circolazione oceanica e sugli agenti atmosferici correlati al clima e al tettonismo. Per gli isotopi Sr, gli archivi possono essere i gusci carbonatici di diversi organismi (Veizer et al., 1999), barite marina (Mearon et al., 2003) e denti di pesce (Staudigel et al., 1985). Le composizioni isotopiche di Nd, Pb e Os dell'acqua di mare sono state estratte principalmente da Fe
Croste di Mn (Ling et al., 1997; Klemm et al., 2005).
Numerosi studi isotopici di Nd e Pb sono stati condotti nel Pacifico settentrionale, tuttavia, la causa della loro variazione nelle acque profonde del Pacifico settentrionale è controversa. Il Nd e il Pb disciolti in acque profonde erano controllati dall'input locale e/o dalla circolazione dell'acqua a causa del loro breve tempo di permanenza in acqua di mare (Pb<200yr; Ling et al., 2005; Goto et al., 2017; Tu et al., 2019 ); 300 anni
Contrariamente agli elementi con un tempo di residenza breve, Os e Sr in acqua di mare hanno tempi di residenza più lunghi di 10–50 Kyr (Peucker-Ehrenbrink e Ravizza, 2000; Conrad et al., 2017) e 1–2 Myr (Peucker-Ehrenbrink e Ravizza, 2000; Conrad et al., 2017) e 1–2 Myr (Peucker-Ehrenbrink e Fiske, 2019), rispettivamente. La composizione isotopica di Os dell'acqua di mare riflette un equilibrio tra gli input dai continenti con Os radiogenico (187Os/188O∼1.4; Goto et al., 2017) e Os non radiogenico derivato dal mantello ed extraterrestre (187Os/188Os∼0.12; Levasseur et al., 1999). La composizione isotopica dello stronzio riflette un equilibrio integrato a livello globale di processi che influenzano la consegna e la rimozione di Sr (Peucker-Ehrenbrink e Fiske, 2019). Variazioni di187Os/188I rapporti di Os nell'oceano sono stati collegati agli impatti dei meteoriti (Paquay et al., 2008), alla formazione e all'erosione delle trappole del Deccan (Ravizza e Peucker-Ehrenbrink, 2003a), all'erosione delle rocce ultrafemiche (Ravizza e Peucker-Ehrenbrink, 2003b); Dalai et al., 2006), e l'eruzione e l'erosione dei basalti alluvionali del fiume Columbia (Klemm et al., 2008). Variazioni temporali di87Signore/86I rapporti Sr nell'acqua di mare registrati dai sedimenti marini sono stati correlati con periodi di glaciazioni (Vance et al., 2009), formazione di montagne (Richter et al., 1992), grandi eruzioni vulcaniche (Kent e Muttoni, 2008) o periodi di accresciuta attività idrotermale sottomarina (Korte et al., 2006) così come i cambiamenti nello scarico delle acque sotterranee sottomarine (Trezzi et al., 2017) e l'alterazione della crosta oceanica (Coogan e Dosso, 2015). A livello regionale, le variazioni del clima e del livello del mare possono influenzare la87Sr/86I rapporti Sr dei mari marginali come il Mediterraneo (Schildgen et al., 2014) e gli apporti continentali di acqua dolce possono modificare localmente la87Signore/86Rapporti Sr delle acque costiere (Huang et al., 2011). Le composizioni isotopiche Sr di FeLe croste di Mn sono state inizialmente utilizzate per datare le croste, ma ciò è ostacolato dalla diagenesi e dalla diffusività relativamente elevata di Sr(Deff=2×10-5; Klem et al., 2008). Tuttavia, la composizione isotopica Os di FeLe croste di Mn sono un potenziale metodo di datazione a causa della sua diffusività relativamente bassa (Deff=3×10-8; Henderson e Burton, 1999) rispetto a Sr. Dating FeLe croste Mn più vecchie di 10Ma sono impegnative perché le croste più giovani di 10Ma possono essere datate direttamente usando10Sii cronologico, ma le croste più vecchie di 10Ma non possono a causa dell'emivita di 1,5 Myr di10Essere (Frank, 2002). Il modello di flusso di Co può essere utilizzato per stimare i tassi di crescita per >10Ma ipotizzando un flusso costante di Co nel FeCrosta di Mn (Halbach et al., 1983; Puteanus e Halbach, 1988; Frank et al., 1999). Entrambi questi metodi, tuttavia, non riescono a rilevare interruzioni ed esiste una grande incertezza. La stratigrafia isotopica di Os è stata sviluppata come un nuovo mezzo per la determinazione dell'età in FeCroste Mn (Klemm et al., 2005; Klemm et al., 2008; Nielsen et al., 2009; Nielsen et al., 2011) e iati possono essere rilevati abbinando i dati isotopici di Os all'acqua di mare187Os/188Curva Os.
In questo studio, riportiamo il nuovo isotopo Sr-Os-Nd-Pb e i principali dati sugli elementi per un FeCrosta di Mn raccolta da profondità abissali nel Pacifico nordoccidentale, che è un'area chiave per comprendere la circolazione termoalina globale e gli input locali nell'acqua di mare dal margine continentale. Sulla base della cronologia dell'Os, questo studio si propone di esplorare: (1) le fonti che controllano la composizione isotopica di Nd e Pb della crosta mentre si spostava dall'Oceano Pacifico meridionale a quello settentrionale e come le acque profonde hanno reagito alla chiusura dell'Oceano Pacifico Seaway e (2) se la composizione degli elementi principali è cambiata insieme alle composizioni isotopiche radiogeniche. Questi dati sugli isotopi Nd e Pb ad alta risoluzione e l'età affidabile datata dalla stratigrafia di Os migliorano la nostra comprensione dei modelli di circolazione oceanica e della variazione degli input locali nell'Oceano Pacifico durante il Cenozoico.
Frammenti di sezione
Materiali e metodi analitici
La FeLa crosta Mn (152°19′08″E, 16°50′21″N; 131mm di spessore; profondità dell'acqua=2070–2110m) è stata raccolta dal ROV durante la crociera DY105–11 nell'Ocean One (di seguito denominata DY105– 11), che si trovava vicino all'arco delle Marianne nel Pacifico nordoccidentale (Fig. 1). La crosta è cresciuta su un substrato ialoclastitico basaltico di una montagna sottomarina.
Tutte le analisi sono state condotte presso lo State Key Laboratory of Isotope Geochemistry presso il Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou,
Dati isotopici Sr-Nd-Pb-Os
I dati sugli isotopi di stronzio-Nd-Pb-Os sono presentati nelle figure e nella tabella S1. Le serie storiche degli isotopi del Pb (206piombo/204Pb,207piombo/204PB, e208piombo/204Pb) diminuiscono nel tempo verso valori inferiori dalla base della crosta fino a 35Ma per poi aumentare, a parte due minimi rispettivamente a 32 e 10Ma. L'εNdil valore aumenta da −5,3 a 70Ma a −4,0 a 60Ma ed è correlato negativamente con le composizioni isotopiche di Pb durante lo stesso periodo. Successivamente, l'εNdi valori sono pressoché uniformi ma aumentano nuovamente
Cronologia della crosta e tassi di accrescimento
Corrispondenza del misurato187Os/188I dati Os alla nota curva isotopica Os dell'acqua di mare forniscono un metodo di datazione e determinazione delle interruzioni di crescita in FeCroste di Mn (Klemm et al., 2005; Burton, 2006). Premesso che il187Os/188I valori di Os diminuiscono gradualmente e il187Os/188I valori di Os negli strati più esterni di 0–3 mm sono simili al valore attuale dell'acqua di mare (187Os/188Os=1,06; Levasseur et al., 1998), lo strato superficiale (0mm) può essere considerato di età pari a 0Ma. Le età deposizionali di altri strati
Conclusioni
Abbiamo determinato le composizioni isotopiche di Nd e Pb delle acque profonde del Pacifico nordoccidentale da un FeMn crosta e li ha usati per ricostruire i modelli e la fonte della circolazione oceanica. Durante il tardo Cretaceo e l'inizio del Cenozoico (> 60Ma), i tempi incoerenti delle variazioni isotopiche del Pb e dei flussi di polvere suggeriscono che il Pb fosse derivato dall'input fluviale. Nello stesso periodo, una correlazione negativa tra gli isotopi di Nd e Pb suggerisce che il margine continentale sudamericano abbia contribuito sia a Nd che a Pb a
Dichiarazione di interesse concorrente
Gli autori dichiarano di non avere interessi finanziari concorrenti noti o relazioni personali che potrebbero aver influenzato il lavoro riportato in questo documento.
Ringraziamenti
Gli autori desiderano ringraziare l'editore Shu Gao, il Dr. Suzuki e il revisore anonimo per i loro utili commenti e suggerimenti costruttivi. Questo lavoro è stato sostenuto dalRicerca e sviluppo chiave nazionaleProgetto della Cina(2020YFA0714801). Questo è il contributo n. IS-3333 di GIGCAS.
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Una caldera vulcanica Cryogenian-Ediacaran Dokhan appena registrata con sollevamento risorgente nello scudo arabo-nubiano, a sud-ovest di Safaga, in Egitto
Ricerca Precambriana, Volume 387, 2023, Articolo 106993
I vulcani Dokhan (DV) del tardo neoproterozoico del deserto orientale egiziano (scudo arabo-nubiano settentrionale), sono stati studiati a Gebel Nuqara, vicino al confine tra i deserti settentrionale e centro-orientale. In particolare, è stata studiata la natura delle peculiari strutture regionali circolari e anulari di Nuqara. Ciò includeva l'esplorazione delle relazioni di DV e unità intrusive tra loro e con argini e faglie regionali. La parte centrale delle esposizioni di Nuqara DV è costituita da due unità vulcaniche: 1) "Older DV" (varietà intermedie, prevalentemente andesiti; 659±16Ma), con associati arco granitoidi (663,2±8,4Ma), seguiti da dicchi di andesite (636,9± 7,2Ma); e 2) "Younger DV" (varietà acide; 602,3 ± 4,4 Ma per rioliti e 589,4 ± 6,1 Ma per porfido riolite). Questa zona centrale delle unità DV è racchiusa all'interno di un'intrusione anulare di granito. I dati geochimici per il Nuqara DV rivelano adakitico intermedio a basso contenuto di silice (basaltico-andesite e andesite) e adakitico acido ad alto contenuto di silice (riolite e porfido riolite). Entrambi i gruppi di adakiti condividono una tendenza geochimica comune e mostrano prove della diversificazione del magma tramite cristallizzazione frazionata. Il Nuqara DV è identificato come una sequenza calderica, con sollevamento risorgente, sulla base di un confronto positivo della morfologia vulcanica, litologia, struttura e meccanismo delle eruzioni DV nell'area di studio con quelle di altre caldere risorgenti. L'impostazione geodinamica, l'architettura vulcanica e la geochimica del DV, così come le sue età stimate di LA-ICP-MS di zircone in situ, consentono il riconoscimento di una serie di stadi eruttivi, che portano al collasso per formare la caldera di Nuqara, seguita da risorgiva sollevamento del pavimento della caldera durante l'intrusione di cupole di porfido riolite. Il modello di caldera risorgente assegna un significato maggiore al porfido riolite come parte superiore esposta di una camera magmatica sub-vulcanica. La rinascita è vista come il risultato di un aumento della pressione o dei cambiamenti di volume nel serbatoio del magma. Una conseguenza della rinascita è stata il sollevamento e l'erosione della precedente topografia correlata al crollo.
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Paleoceanografia del tardo Cretaceo e Cenozoico dalla microstratigrafia della crosta ferromanganese dell'Atlantico nord-orientale
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Le croste oceaniche idrogenetiche di ferromanganese (Fe-Mn) precipitano direttamente dall'acqua di mare per milioni di anni. La velocità di crescita molto lenta e le proprietà fisico-chimiche fanno sì che assorbano numerosi elementi dall'acqua di mare. In quanto tali, forniscono registrazioni condensate dell'evoluzione dell'acqua di mare nel tempo che possono essere utilizzate per la ricostruzione paleoceanografica. Qui, presentiamo i risultati di un'indagine ad alta risoluzione, stratigrafica, tessiturale e geochimica di un campione di carota, ottenuto da un pavimento di crosta Fe-Mn, situato sulla sommità del Tropic Seamount nell'Oceano Atlantico nord-orientale tropicale. Vengono proposte numerose osservazioni e interpretazioni, nel contesto di un modello di età ben vincolato, che copre gli ultimi 75 ± 2 milioni di anni. Questo nucleo ha una coerenza stratigrafica tessiturale con le croste del Pacifico Fe-Mn formatesi dal tardo Cretaceo, evidenziando che i fenomeni oceanici e climatici globali esercitano controlli di primo ordine sullo sviluppo della crosta Fe-Mn. Tutte le principali interruzioni osservate nelle croste Fe-Mn sono contemporanee con eventi di erosione che si verificano in tutto l'Oceano Atlantico. I dati geochimici ad alta risoluzione indicano che esiste una variabilità nella composizione delle croste Fe-Mn su scala da cm a μm. I fattori dominanti che controllano questo includono i principali eventi oceanografici, le strutture minerali e la micro-topografia.
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Prove di percorsi di migrazione del fluido idrotermale nei pori e nelle microfratture basate sulla risonanza magnetica nucleare e analisi al microscopio elettronico dalla dorsale indiana sudoccidentale
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La formazione di massicci depositi di solfuro sul fondo marino è strettamente correlata alla circolazione idrotermale sotto il fondale marino. La circolazione idrotermale dipende dai pori e dalle fratture collegati. La maggior parte degli studi precedenti si è concentrata sulla circolazione idrotermale su scala macroscopica; tuttavia, le vie di trasporto dei fluidi idrotermali sono state raramente studiate su scala microscopica. Questo studio ha dimostrato che più tecniche di misurazione potrebbero caratterizzare i pori delle rocce e la frazione minerale che circonda questi pori. La risonanza magnetica nucleare (NMR) è stata utilizzata per misurare la porosità del basalto fresco, del basalto alterato, del solfuro massiccio e dei camini di solfuro ottenuti dalla dorsale indiana sudoccidentale. Nel frattempo, la distribuzione del raggio dei pori e delle gole dei pori in questi campioni è stata ottenuta utilizzando la distribuzione del tempo di rilassamento trasversale NMR. I risultati della microscopia elettronica a scansione e le immagini del microscopio a luce polarizzante hanno mostrato che i pori dei basalti alterati sono più sviluppati di quelli dei basalti freschi, il che è coerente con i risultati della misurazione NMR secondo cui i basalti alterati hanno un'ampia distribuzione delle dimensioni dei pori. Inoltre, in questi pori sono stati trovati precipitati minerali metallici come la pirite e sono state osservate microfratture nei basalti alterati. Ciò dimostra che i pori e le microfratture in questi basalti alterati forniscono percorsi per il trasporto di fluidi e sono arricchiti con minerali metallici. Il basalto alterato è strettamente correlato alla formazione di massicci depositi di solfuro ed è un importante indicatore di prospezione mineraria. Pertanto, lo studio delle strutture e dei componenti dei pori rocciosi può fornire una migliore comprensione della circolazione idrotermale e contribuire all'esplorazione delle risorse minerarie.
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Morfologia, petrologia e geochimica dei vulcani sottomarini intorno all'isola di Kumejima: implicazioni per il vulcanismo legato all'arco nell'arco Ryukyu centrale meridionale
Geologia marina, volume 458, 2023, articolo 107014
Le rocce vulcaniche recuperate dai vulcani sottomarini intorno all'isola di Kumejima rappresentano i prodotti del magmatismo quaternario nell'arco Ryukyu centrale meridionale. Durante le crociere GH11, GK12 e NT14-22 sono state condotte indagini con veicoli geofisici, geologici e telecomandati del fondo marino intorno all'isola di Kumejima, che hanno portato al recupero di daciti e rioliti (comprese lava e pomice) dai vulcani sottomarini. I lineamenti NE-SW e ENE-WSW che si sono sviluppati attorno ai vulcani sottomarini sono interpretati come correlati a faglie associate all'attività di rifting nell'Okinawa Trough, in accordo con studi precedenti. Le rioliti sono state raccolte in tutti i vulcani sottomarini e le daciti sono state campionate solo da Daini-Ryukyu Knoll. Le daciti e le rioliti sono porfiriche con alcuni cristalli che presentano trame glomerofiriche. Tuttavia, le caratteristiche petrologiche di squilibrio si osservano principalmente per i fenocristalli nelle lave riolitiche, probabilmente derivanti da processi di miscelazione e/o assimilazione del magma. Le differenze di chimiche minerali e assemblaggi tra daciti e rioliti indicano che i daciti possono presentare una composizione magmatica più primaria. Le nostre indagini geochimiche hanno identificato una tendenza della "firma dell'arco" nelle rocce vulcaniche che corrobora studi precedenti sull'arco di Ryukyu. Tuttavia, per la suite di campioni sono stati osservati anche diversi tipi di rapporti di elementi in traccia di roccia intera. Quasi tutte le rioliti mostrano rapporti di oligoelementi moderati, indicando che un tipo di magma comune probabilmente alimenta i vulcani sottomarini regionali. I daciti hanno modelli piatti di elementi delle terre rare con bassi rapporti di elementi in traccia e sono distinti dal magma dacitico eruttato nel mezzo Okinawa Trough. Inoltre, diverse rioliti pomice di Daisan-Kume Knoll mostrano elevati rapporti di oligoelementi, indicando che potrebbero derivare da una distinta fonte di magma correlata al vulcanismo associato all'attività di rifting di Okinawa Trough. I nostri dati petrologici e geochimici indicano che i campioni condividono un'affinità con le rioliti del fronte vulcanico meridionale piuttosto che con quelle del Medio Okinawa Trough. È probabile che questi vulcani sottomarini intorno all'isola di Kumejima rappresentino i prodotti del vulcanismo correlato all'arco, distinto dall'attività vulcanica correlata all'arco posteriore associata alla formazione dell'Okinawa Trough.
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Vie di cristallizzazione di un carbonato misto di LaNd – Sintesi a temperatura ambiente del minerale lantanite
Geologia chimica, volume 617, 2023, articolo 121265
I minerali carbonatici contenenti elementi delle terre rare (REE) presenti in natura contengono diversi REE, tuttavia gli sforzi per sintetizzare e comprendere i loro meccanismi di formazione hanno finora utilizzato esperimenti su singoli membri finali REE. Nel sintetizzare un La misto
Nd carbonato, documentiamo come la presenza di due REE influisca sul processo complessivo di cristallizzazione. Scopriamo che il carbonato REE misto ha un percorso di cristallizzazione sostanzialmente simile a quello dei suoi membri finali, ma con differenze fondamentali. Il processo inizia con la precipitazione di nanoparticelle sferiche amorfe che maturano in macrocristalli attraverso una fase polimorfa intermedia. La fase risultante è identificata come lantanite, un minerale di carbonato REE presente in natura. Il carbonato misto ha parametri di cella unitaria e tempi di transizione di fase tra quelli dei suoi membri terminali La e Nd. A differenza dei membri finali, il processo di cristallizzazione dei carbonati REE misti ha un coerente processo di transizione a due stadi tra il nanoparticolato e la fase finale. Hanno anche una morfologia distinta e omogenea rispetto ai loro membri finali. Questi risultati evidenziano l'importanza di considerare più REE contemporaneamente quando si studiano i meccanismi di precipitazione dei carbonati REE.Ricerca articolo
Isotopi raggruppati di dolomite accoppiata e calcite che limitano le storie di alterazione di antiche successioni carbonatiche
Geologia chimica, volume 617, 2023, articolo 121264
La termometria isotopica aggregata è uno strumento efficace che consente di comprendere l'alterazione post-deposizionale, inclusa la ricristallizzazione e il riordinamento allo stato solido, delle rocce carbonatiche. Tuttavia, poiché entrambi i processi sono controllati da temperature elevate, è spesso una sfida distinguere tra l'importanza relativa di questi due processi nelle successioni carbonatiche profondamente sepolte (profondità>5000 m o temperatura di formazione>150°C). In questo documento, abbiamo stabilito una struttura isotopica raggruppata di dolomite e calcite accoppiate al fine di decifrare l'influenza relativa del riordino dello stato solido rispetto alla ricristallizzazione e di conseguenza offrire una migliore comprensione dei meccanismi coinvolti. Il materiale studiato è stato derivato da due successioni profondamente sepolte (Giurassico-Ediacaran) perforate nel bacino centrale del Sichuan, nel sud della Cina. I minerali di calcite e dolomite da questi nuclei sono stati separati utilizzando acido acetico tamponato e sulla base di un modello di miscelazione a due componenti, il carbonio, l'ossigeno e l'isotopico raggruppato (Δ47) sono state determinate le composizioni dei due endmember. Sulla base di una valutazione dei modelli di riordino allo stato solido, concludiamo che i carbonati micritici (dolomite e calcite) dal Giurassico al Cambriano sono stati alterati durante il seppellimento dal gradiente geotermico determinato dalla riflettanza della vitrinite. La dolomia micritica di Ediacaran registra un evento idrotermale nella transizione tra l'Ediacaran e il Cambriano. Al contrario, la temperatura isotopica raggruppata delle dolomiti della sella di Ediacaran riflette la successiva attività idrotermale durante il Siluriano e il Devoniano e mostra variazioni compositive controllate dalle velocità di raffreddamento. Questo studio evidenzia l'utilità del quadro teorico basato su record dolomite e calcite accoppiati per districare segnali sovrastampati di isotopi raggruppati in antiche rocce carbonatiche e fornisce informazioni per comprendere meglio la complessità dei processi di alterazione nelle successioni carbonatiche profondamente sepolte.
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