Die Entwicklung der Meereskarbonatfabrik

Oct 09, 2023

Nature Band 615, Seiten 265–269 (2023)Diesen Artikel zitieren

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Die Bildung von Kalziumkarbonat ist der Hauptweg, über den Kohlenstoff aus dem Ozean-Atmosphäre-System zur festen Erde zurückgeführt wird1,2. Die Entfernung von gelöstem anorganischem Kohlenstoff aus Meerwasser durch Ausfällung von Karbonatmineralien – die marine Karbonatfabrik – spielt eine entscheidende Rolle bei der Gestaltung des biogeochemischen Kreislaufs im Meer1,2. Ein Mangel an empirischen Einschränkungen hat zu sehr unterschiedlichen Ansichten darüber geführt, wie sich die marine Karbonatfabrik im Laufe der Zeit verändert hat3,4,5. Hier nutzen wir geochemische Erkenntnisse aus stabilen Strontiumisotopen, um eine neue Perspektive auf die Entwicklung der marinen Karbonatfabrik und der Sättigungszustände von Karbonatmineralien zu bieten. Obwohl die Produktion von Karbonaten in der Meeresoberfläche und in flachen Meeresböden während des größten Teils der Erdgeschichte allgemein als die vorherrschenden Karbonatsenken angesehen wurde6, gehen wir davon aus, dass alternative Prozesse – wie die Porenwasserproduktion von authigenen Karbonaten – eine wichtige Rolle gespielt haben könnten Karbonatsenke im gesamten Präkambrium. Unsere Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass der Anstieg der Skelettkarbonatfabrik die Karbonatsättigungszustände des Meerwassers verringerte.

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Alle Daten sind im Haupttext oder in den Zusatzinformationen verfügbar. Alle Daten werden auch in EarthChem (https://doi.org/10.26022/IEDA/112713) reponiert.

Wir haben die Open-Source-Sprache R (Version 4.1.1) verwendet, um die gemessenen Daten zu analysieren und die Datensätze EarthChem (http://portal.earthchem.org/) und Macrostrat (https://macrostrat.org/#api) zu analysieren , und alle Diagramme generieren. Alle Gleichungen für das Massenbilanzmodell sind in den Zusatzinformationen aufgeführt und der gesamte zugehörige Code ist auf GitHub (https://github.com/julianwangnwu/carbonatefactoryevolution) hinterlegt.

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Referenzen herunterladen

Wir danken S. Nicolescu, B. Kalderon-Asael und Y. Wang für die Erleichterung des Zugangs zu den Sammlungen des Yale Peabody Museum und der Woods Hole Oceanographic Institution sowie für ihre Unterstützung bei der Probenauswahl; D. Asael für seine Unterstützung bei der Entwicklung der MC-ICP-MS-Methode; RP Reid und EP Suosaari für den Zugang zu den Stromatolithproben von Hamelin Pool; S. Ye für Unterstützung bei der Macrostrat-Datenbank; und D. Schrag, M. Arthur, K. Bergmann, Z. Zhang und Y. Cui für hilfreiche Diskussionen. Diese Studie wird durch ein Agouron Geobiology Postdoctoral Fellowship an JW und ein Stipendium der National Aeronautics and Space Administration Interdisciplinary Consortia for Astrobiology Research (NNA15BB03A) an NJP unterstützt

Abteilung für Erd- und Planetenwissenschaften, Yale University, New Haven, CT, USA

Jiuyuan Wang, Lydia G. Tarhan und Noah J. Planavsky

Abteilung für Erd- und Planetenwissenschaften, Northwestern University, Evanston, IL, USA

Andrew D. Jacobson

Rosenstiel School of Marine, Atmospheric, and Earth Science, University of Miami, Miami, FL, USA

Amanda M. Oehlert

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JW, LGT und NJP konzipierten die Studie und akquirierten die Finanzierung. JW, LGT, ADJ und NJP haben die Methodik entwickelt. JW führte massenspektrometrische Analysen durch. JW und LGT führten die statistischen Analysen durch. JW und LGT haben das Papier verfasst, mit Beiträgen von ADJ, AMO und NJPJW, LGT, ADJ, AMO und NJP haben alle zur Interpretation der Ergebnisse und zur Bearbeitung des Manuskripts beigetragen.

Korrespondenz mit Jiuyuan Wang oder Lydia G. Tarhan.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Nature dankt Adina Paytan und den anderen, anonymen Gutachtern für ihren Beitrag zum Peer-Review dieser Arbeit.

Anmerkung des Herausgebers Springer Nature bleibt hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten neutral.

a, Zusammenfassung der in marinen Calciten und Dolomiten gemessenen δ88/86Sr-Werte. Neue Daten aus dieser Studie (n = 139) sind farbkonturiert, um die entsprechenden radiogenen Sr-Isotopenverhältnisse (87Sr/86Sr) anzuzeigen, die aus denselben Proben erzeugt wurden: Kreise, Calcit; Diamanten, Dolomit; ×, Calcit mit ungewöhnlich hohen 87Sr/86Sr-Verhältnissen. Fehlerbalken stellen die langfristige externe Reproduzierbarkeit von δ88/86Sr dar (2σSD = ±0,03‰, n = 273). Lila Kreuze kennzeichnen doppelte Messungen derselben Probe (siehe Methoden für eine Beschreibung der Duplikatstrategie). Die Goldlinie veranschaulicht den δ88/86Sr-Wert der Bulk-Silicat-Erde (0,27‰)27. Die gestrichelte blaue Linie stellt den δ88/86Sr-Wert des modernen Meereskarbonats dar63. Andere Symbole stellen veröffentlichte Daten aus anderen Studien dar (n = 299; siehe Methoden): rosa Quadrate, nicht-skelettartiges Carbonat; graue Gitterquadrate, Kappenkarbonat; graue Dreiecke, massiver Skelettcalcit; graue Kreuze, Belemnit; graue umgekehrte Dreiecke, Brachiopod. b: Verhältnisse von Meereskarbonat 87Sr/86Sr. Neue Daten aus dieser Studie werden durch farbige Symbole gekennzeichnet: Kreise, Calcit; Diamanten, Dolomit; ×, Calcit mit ungewöhnlich hohen 87Sr/86Sr-Verhältnissen. Die grauen Kreise stellen präkambrische Karbonat-87Sr/86Sr-Datensätze dar (n = 1.494)23. Die gestrichelte Kurve stellt die LOESS-Anpassung der niedrigsten 10 % der präkambrischen 87Sr/86Sr-Verhältnisse dar23 und die durchgezogene Kurve bezeichnet die LOESS-Anpassung des phanerozoischen 87Sr/86Sr-Rekords64.

a, Gemessene präkambrische Calcit- (rot) und Dolomit- (gelb) δ88/86Sr-Werte. b, Bootstrap-Resampling (n = 10.000) δ88/86Sr-Werte für präkambrischen Calcit (rot) und Dolomit (gelb). Alle δ88/86Sr-Werte für präkambrischen Calcit und Dolomit stammen aus dieser Studie. Die violetten und grünen Kurven stellen Dichteverteilungen von δ88/86Sr in präkambrischen Calciten (lila, n = 72) und Dolomiten (grün, n = 43) dar.

a, Die stabile und radiogene Sr-Isotopenbeziehung für alle analysierten Dolomiten (n = 43). Ein SMA-Regressionsmodell ergibt R2 = 0,223 und P = 0,001. b, Die stabilen und radiogenen Sr-Isotopenwerte von weniger veränderten Dolomitproben aus diesem Datensatz, d. h. Proben, die durch 87Sr/86Sr-Werte von weniger als 0,708 gekennzeichnet sind, dem abgeleiteten Wert von Ediacaran-Meerwasser64.

a, δ88/86Sr versus CaCO3-Gewichtsprozentsatz (Gew.-%). Carbonat-Gew.-%, berechnet anhand des Calciumgehalts unter der Annahme stöchiometrischer CaCO3. b, δ88/86Sr versus Sr-Gehalte. c, δ88/86Sr versus Mn/Sr. d, δ88/86Sr versus Rb-Gehalte. e, δ88/86Sr versus Ti-Gehalte. f, δ88/86Sr versus Pb-Gehalte. δ88/86Sr-Werte werden in ‰ angegeben, normalisiert auf NIST 987; Alle Elementkonzentrationen sind in ppm angegeben, sofern nicht anders angegeben. Zur Bewertung der statistischen Signifikanz jeder Korrelation wurde ein SMA-Regressionsmodell verwendet. R2- und P-Werte werden oben in jedem Panel aufgeführt. Beim Signifikanzniveau 0,01 werden keine statistischen Korrelationen beobachtet.

Im Boxplot stellt die Mittellinie den Median der Daten dar (50. Perzentil), die Boxgrenzen stellen die oberen und unteren Quartile (75. und 25. Perzentil) dar, Whisker stellen das 1,5-fache des Interquartilbereichs dar, leere Punkte stellen Ausreißer dar und farbige Punkte stellen dar alle Daten. Diese Daten deuten darauf hin, dass die deutlich höheren δ88/86Sr-Werte, die präkambrische Calcite charakterisieren, nicht auf Unterschiede zwischen mikrobiellen und nichtmikrobiellen Wegen der Karbonatausfällung zurückzuführen sind, und dass dies auch nicht auf die Verschiebung zwischen erhöhten präkambrischen und weniger erhöhten phanerozoischen δ88/86Sr-Werten zurückzuführen ist lässt sich leicht auf Unterschiede zwischen Skelett- und Nicht-Skelett-Wegen der Karbonatausfällung zurückführen. Die modernen δ88/86Sr-Aufzeichnungen stammen von Stevenson et al.20 (Skelett-n = 10) und dieser Studie (mikrobielle n = 5; nicht-skelettartige, nicht-mikrobielle n = 8); die Perm-Trias-δ88/86Sr-Aufzeichnungen (Skelett-n = 6; mikrobiell n = 8; nicht-skelettartig, nicht-mikrobiell n = 20) stammen von Wang et al.24; Der präkambrische Calcit (mikrobieller Calcit n = 12; nicht-skelettartiger, nicht-mikrobieller Calcit n = 47) und der Dolomit (mikrobieller Dolomit n = 6; nicht-skelettartiger, nicht-mikrobieller Dolomit n = 37) δ88/86Sr-Aufzeichnungen stammen davon Studie.

Diese Datei enthält ergänzende Diskussionen, ergänzende Referenzen und ergänzende Abbildungen. 1 und 2.

Beschreibungen und Geochemie der analysierten präkambrischen Karbonatproben.

Beschreibungen und Sr-Isotopenverhältnisse analysierter moderner und paläogener Carbonatproben.

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Wang, J., Tarhan, LG, Jacobson, AD et al. Die Entwicklung der Meereskarbonatfabrik. Natur 615, 265–269 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05654-5

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Eingegangen: 17. Mai 2022

Angenommen: 13. Dezember 2022

Veröffentlicht: 22. Februar 2023

Ausgabedatum: 09. März 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05654-5

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