Kartierung von amorphem SiO2 in Devonschiefern und der mögliche Zusammenhang mit der Meeresproduktivität während der beginnenden Walddiversifizierung

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 1516 (2023) Diesen Artikel zitieren

709 Zugriffe

1 Altmetrisch

Details zu den Metriken

Der Siliziumkreislauf in den Weltmeeren lässt sich auf einer geologischen Zeitskala nicht einfach beurteilen. Mit dem Aufkommen von Radiolarien und Schwämmen ab dem frühen Kambrium kann Kieselsäure zwei Ablagerungsursprünge haben: kontinentale Verwitterung und biogene Kieselsäure. Um den biogeochemischen und anorganischen Siliciumdioxidkreislauf wirklich zu verstehen, ist es von entscheidender Bedeutung, über eine zuverlässige Methode zur Unterscheidung von amorphem Siliciumdioxid und kristallinem Siliciumdioxid zu verfügen. In dieser Studie wird Opal-A im gesamten Westkanada-Sedimentbecken in den Schiefergesteinen der Duvernay-Formation des späten Devon mithilfe langwelliger hyperspektraler Bildgebung zusammen mit geochemischen Proxys, die zwischen kristallinem und amorphem SiO2 unterscheiden, während der Ausbreitung der frühen Wälder der Welt kartiert. Das durch mehrere Kohlenstoffisotopenexkursionen im Frasnium signalisierte punctata-Ereignis entspricht der Ausbreitung von Wäldern, wenn vaskuläre Landpflanzen Samen und tiefere Wurzelnetzwerke entwickeln, was wahrscheinlich zu einer erhöhten Pedogenese führt. Das Eindringen von Nährstoffen aus dickeren Bodenhorizonten in den Meeresbereich ist zu diesem Zeitpunkt mit einer höheren Primärproduktivität in den Ozeanen und einem daraus resultierenden Sauerstoffmangel in tieferen Gewässern verbunden. Die Ergebnisse dieser Studie offenbaren zum ersten Mal die räumliche Verteilung von amorphem SiO2 in einem Sedimentbecken während dieser großen Verschiebung im terrestrischen Bereich, wenn Wälder sich ausdehnen und tiefere Wurzelnetzwerke entwickeln.

Eine große Veränderung des Klimas und des Sauerstoffgehalts in der Erdatmosphäre begann nahe der Ems-Eifel-Grenze (~ 395 Ma)1 und setzte sich bis ins frühe Frasnium fort, als sich die Wälder ausdehnten2,3,4. Die ersten Wälder der Welt wurden im späten Emsium in Spitzbergen und in Givetium-Schichten in Gilboa, New York, USA5,6 identifiziert. Capel et al.3 identifizieren jedoch mehrere große Entstehungs- und Auslöschungsimpulse während des Silur-Devons, die schließlich zu a führten Übergang zu einer bewaldeten Landlandschaft im Mitteldevon. Bis zum Ende des Givetiums hatten sich die Wurzelnetzwerke vertieft, und im Frasnium waren Aneurophyten- und Archaeopteriden-Progymnospermenwälder verbreitet, was dazu führte, dass sich dickere Bodenhorizonte zu bilden begannen; Dadurch wird die terrestrische Nährstoffversorgung der Meeresumwelt erhöht2,4,7. Frühere Studien zu diesen Veränderungen in der Biodiversität haben vorhergesagt, dass eine verbesserte Nährstoffversorgung zu Produktivitätssteigerungen, Sauerstoffschichtung, Ablagerung von organisch reichen Schwarzschiefern und Eutrophierung in den epikontinentalen Meeren von Frasnien geführt haben könnte2,4,8,9. Seesedimente aus dem mittleren bis späten Devon aus Grönland und Nordschottland zeigen einen Nettoverlust an Phosphor (P), einem essentiellen biolimitierenden Nährstoff, der in einer terrestrischen Umgebung, die eine Pflanzenbesiedlung durchläuft, in der P indirekt durch die Versauerung von Mineralien aus Mineralien freigesetzt wird, voraussichtlich abnehmen wird Wurzelporenräume, die durch den Abbau organischer Stoffe und die Freisetzung organischer Exsudate aus den Wurzeln entstehen8,10,11. Eine signifikante und lang anhaltende δ13C-Verschiebung in der Zone der Puncta conodonta, die vermutlich durch die erhöhte Zufuhr freigesetzter Nährstoffe (z. B. P) verursacht wird, die die Produktivität und die Verlagerung von organischem Kohlenstoff im mittleren bis späten Devon steigern würde, wird als punctata-Ereignis bezeichnet (pE) und ist in Einzugsgebieten weltweit anerkannt12. Die vermutete Produktivität im Zusammenhang mit dem pE kann auch zu einer Verstärkung von amorphem SiO2 aus biologischem Anbau in Gebieten führen, in denen durch die Zufuhr von Böden, die durch tiefere Wurzelnetzwerke gebildet werden, ein Nährstoffzufluss zu verzeichnen ist2,8. Amorphes SiO2 wurde in antiken Sedimentsequenzen immer wieder unterschätzt, was unser Verständnis des globalen biogeochemischen Siliziumkreislaufs verzerrt13,14,15,16. Kieselsäure in Schiefern wurde allgemein als terrigenen Ursprungs interpretiert; Allerdings zeigten Schieber17 und Schieber et al.14, dass erhebliche Anteile des Quarzschlamms in Schiefern biogenen oder diagenetischen Ursprungs sein könnten, insbesondere nach dem frühen Kambrium, als sich Radiolarien und Kieselschwämme zu vermehren begannen16. Die SiO2-reichen Schiefer der frasnischen Duvernay-Formation weisen δ13C(org)-Exkursionen auf, die für das pE charakteristisch sind und auch in den kanadischen Rocky Mountains dokumentiert wurden18. Diese Beckenablagerungen werden daher in dieser Studie untersucht, um festzustellen, ob SiO2 in den Duvernay-Schiefern biologischen Ursprungs ist und ob ein Anstieg der SiO2-Ablagerung mit der erheblichen Verschiebung im terrestrischen Bereich verbunden sein könnte, als sich die Wälder der Welt ausdehnten.

Die Differenzierung von SiO2-Polymorphen ist möglich, auf der Makroskala jedoch eine Herausforderung. Derzeit werden zur Unterscheidung von amorphem (möglicherweise biogenem) und kristallinem SiO2 folgende Methoden verwendet:

Identifizierung von silikatischen Mikrofossilien oder SiO2-gefüllten Zysten17,19, in petrographischen Arbeiten erkannten Texturen wie unregelmäßig geformten Körnern mit Einbuchtungen und spitzen Vorsprüngen17,20, Pyriteinschlüssen17,19 und Quarzkörnern mit kolloformen oder chalcedonischen Texturen14,17;

Rasterelektronenmikroskopische Kathodolumineszenz-Bildgebung oder energiedispersive Röntgenspektroskopie14,17,19,21,22;

Sauerstoffisotopenwerte14,23;

Silica-Überschuss; definiert von Rowe et al.24 als absoluter Wert der Differenz zwischen dem gemessenen Siliciumdioxidgehalt und der Siliciumdioxid-zu-Aluminium-Regressionslinie, die Siliciumdioxid in der Aluminosilikatphase (d. h. Tonmineralien) darstellt20;

Eine negative Korrelation zwischen Siliziumdioxid und Zirkonium25;

Eine positive Korrelation zwischen Kieselsäure und TOC20;

Röntgenbeugung, bei der Peakhöhenunterschiede als Kristallinitätsindex verwendet werden26

Alkalische Verdauung27.

Jede dieser Methoden erfordert eine punktuelle Analyse, bei der ein bestimmtes Intervall durch Probenahme angestrebt wird. Um SiO2 in größerem Maßstab nachzuweisen, nutzt unsere Studie langwellige Infrarotspektroskopie (LWIR) im Wellenlängenbereich von 8–12 µm28. LWIR kann aufgrund der asymmetrischen Streckung der Si-O-Si-Bindungen in amorphem SiO229,30 zwischen amorphem und kristallinem SiO2 unterscheiden. Die Verwendung dieser Nachweismethode kann unser Verständnis des biogeochemischen SiO2-Kreislaufs im Laufe der Zeit verbessern, da sie eine In-situ-Detektion auf der Makroskala ermöglicht und es uns so ermöglicht, amorphe SiO2-Verteilungen in alten Sedimentbecken abzubilden und Veränderungen in der Bioproduktivität zu verfolgen, die mit erheblichen Klimaveränderungen zusammenfallen können .

Drei Bohrkerne durch die Duvernay-Schiefer von verschiedenen Standorten im Westkanada-Sedimentbecken in Alberta wurden in regelmäßigen Abständen für die Geochemie des gesamten Gesteins und die Analyse stabiler Isotope beprobt. Schiefer sind weniger anfällig für diagenetische Veränderungen als Karbonatgesteine, die sich auf δ13C auswirken können, das zur Identifizierung des pE verwendet wird. Jeder Kern wird auf δ13C(org) analysiert, um festzustellen, ob die pE-Ausschläge an jeder dieser Stellen aufgezeichnet werden. Die SiO2-Herkunft wird mithilfe von Oxiddaten und geochemischen Proxies untersucht, um festzustellen, ob im Duvernay „überschüssiges Siliciumdioxid“24 vorhanden ist, und wenn ja, um welche Quelle es sich handeln könnte. Jedes SiO2, das aus einer biologischen Quelle stammt und die mit dem pE verbundene Bioproduktivität signalisiert, wäre wahrscheinlich ein amorphes Polymorph von SiO2. Um amorphes SiO2 zu erkennen und zu kartieren, werden die Bohrkerne mit einem Langwellen-Infrarot-Bohrkern-Hyperspektralscanner (LWIR) abgebildet. Ziel der Studie ist es, festzustellen, ob der pE an jedem Ort im Becken aufgezeichnet wird, Abschnitte mit amorphem SiO2 zu identifizieren und die Quelle von SiO2 mithilfe mehrerer geochemischer Proxies und hyperspektraler Bildgebung zu bestimmen. Mögliche Quellen für amorphes SiO2 sind hydrothermale Flüssigkeiten, SiO2, das als Nebenprodukt der Tondiagenese entsteht, oder biogenes SiO2. Eine biogene SiO2-Quelle im Duvernay, die während der Ausbreitung der weltweiten Wälder abgelagert wurde, würde aktuelle Theorien stützen, dass die Entwicklung tieferer Wurzeln des Archaeopteris-Baums zu einer erhöhten Bodenentstehung und Nährstoffversorgung der Flüsse führte8, was letztendlich die Bioproduktivität und die Ablagerung von organischem Material in den Ozeanen steigerte zu diesem Zeitpunkt2,4,12. Diese Studie, die sich auf die Differenzierung und Kartierung von SiO2-Polymorphen konzentriert, trägt zu unserem Verständnis von Kieselsäure in den Weltmeeren im Laufe der Zeit bei, die mit globalen Kohlenstoff-, Sauerstoff- und Klimakreisläufen verknüpft ist27. Die neuartige Technik zur Unterscheidung von detritalem und amorphem SiO2 könnte einen entscheidenden Fortschritt in unserer Fähigkeit zur Quantifizierung von biogenem SiO2 in Sedimenten darstellen, was als hohe Priorität für die Entwicklung eines besseren Verständnisses des biogeochemischen Silica-Kreislaufs angesehen wird8,27.

Die Schiefer der Duvernay-Formation sind organisch reiche, kalkhaltige bis tonige/silikatische Schiefer, die während der Woodbend-Gruppe (Abb. 1) im Frasnium-Zeitalter (382–372 Ma) abgelagert wurden, als der WCSB ein passiver Rand am westlichen passiven Rand von war der nordamerikanische Kraton31. Die aktuellste Conodontenstratigraphie des WCSB ordnet den unteren Teil des Duvernay in die Zone der Puncta-Conodonten (Montagne Noire (MN) 5/6) und den oberen Teil des Duvernay größtenteils in die Zone der Hassi-Conodonten (MN7-10)31 ein. Zu dieser Zeit war das heutige Alberta von einem großen inneren Seeweg mit zahlreichen Karbonatablagerungen bedeckt, die nacheinander wuchsen. Die Leduc-Formation bildete sich auf paläotopografischen Höhen auf den dicksten Teilen der darunter liegenden Plattform der Swan Hills-Formation im Westen und der Plattform der Cooking Lake-Formation im Osten32,33. Die ersten beiden Stadien des Riffwachstums in der Leduc-Formation fallen zeitgleich mit der Ablagerung der Tonsteine und Schiefer des Duvernay-Beckens33. Im Osten liegt der Duvernay direkt über der Karbonatplattform der Cooking-Lake-Formation und im Westen über dem Beckenäquivalent der Majeau-Lake-Formation. Diese westlichen und östlichen Teile des WCSB, bekannt als West Shale Basin bzw. East Shale Basin, werden durch den Rimbey-Meadowbrook-Rifftrend getrennt (Abb. 1)34.

(A) Karte von Alberta mit der Ausdehnung der unterirdischen Duvernay-Formation. modifiziert aus dem Geologischen Atlas des Westkanada-Sedimentbeckens28. (B) Vereinfachte Stratigraphie der Duvernay-Formation in Alberta, Kanada und die Lage der drei in dieser Studie verwendeten Bohrkerne.

Der Duvernay ist sowohl lokal als auch über seine 130.000 km2 große Ablagerungsausdehnung äußerst heterogen35. Der Duvernay, oder der Perdrix, wie er in den Rocky-Mountain-Aufnahmen genannt wird, besteht aus zehn Lithofazies, die bei Knapp et al.36 durch Zusammensetzung, Korngröße und Sedimentstrukturen definiert werden. Im Großen und Ganzen besteht das Duvernay-Gebiet aus organischem, silikatischem Tonstein, Karbonat und tonreichem Schiefer36. Basierend auf der informellen Litho- und Chemostratigraphie und den Produktionsgebieten im Duvernay wird es in drei Domänen unterteilt, die hier als Kaybob, Willesden Green (WG) und East Shale Basin (ESB) bezeichnet werden (Abb. 1). Im Kaybob-Gebiet weist Duvernay sieben geochemisch unterschiedliche Einheiten auf und zeichnet sich durch das Vorhandensein einer mittleren Karbonateinheit aus37,38. In unserer Studie ist der Kaybob-Brunnen in den oberen Duvernay-Brunnen, den mittleren Duvernay-Brunnen (karbonatreich) und den unteren Duvernay-Brunnen unterteilt. Im Gebiet Willesden Green (WG) besteht Duvernay aus dünnen, eingelagerten Schiefer- und feinkörnigen Karbonatschichten. Im East Shale Basin (ESB) ist der Duvernay von den Riffen der Leduc-Formation umgeben und daher im Vergleich zum WG und dem oberen und unteren Duvernay im Kaybob-Bohrloch durchgehend relativ karbonatreich.

In dieser Studie wurden drei Kerne der Duvernay-Formation beprobt und fotografiert; 100/04-19-064-22W5/00 (Kaybob), 100/09-25-039-06W5/00 (Willesden Green = WG) und 100/08-29-031-23W4/00 (East Shale Basin =). ESB; Abb. 1).

Insgesamt wurden 303 Proben in Abständen von 0,5–1 m aus drei Duvernay-Bohrkernen entnommen. Die Proben wurden mithilfe der optischen Emissionsspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (ICP-OES) auf Hauptelemente analysiert. Proben aus dem Kaybob-Bohrkern wurden mit einem iCAP 7000 Series ICP-OES (Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA) in den Labors von Chemostrat Inc. in Houston, Texas, auf Elementarchemie analysiert, wobei das in Hildred et al.39 beschriebene Verfahren befolgt wurde . Proben aus den Kernen von Willesden Green und East Shale Basin wurden mit einem Spectro ICP-OES (Perkin Elmer, Waltham, MA, USA) bei Bureau Veritas Mineral Laboratories in Vancouver, British Columbia, analysiert. Zu den in den Proben analysierten Oxiden gehören: SiO2, TiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO, MnO, CaO, Na2O, K2O und P2O5. Der gesamte organische Kohlenstoff (TOC) und δ13C(org) (im Verhältnis zu VPDB angegeben) wurden bei Chemostrat Inc. für das Kaybob-Bohrloch und am Stable Isotope Laboratory der University of Saskatchewan für die WG und ESB analysiert. Alle auf δ13C(org) und TOC analysierten Proben wurden angesäuert, um Carbonatmaterial zu entfernen, homogenisiert und das organische Material zu Kohlendioxid, stickstoffhaltigen Gasen und Wasser oxidiert, die zur Analyse weiter getrennt wurden. Die Isotope wurden bei Chemostrat Inc. mit einem Europa Scientific 2020 Isotope Ratio Mass Spectrometer und im Saskatchewan Stable Isotope Laboratory mit einem Thermo Finnigan Flash 1112 EA gemessen, der über ein Conflo III an ein Thermo Finnigan Delta Plus XL gekoppelt war, wo sie anhand internationaler Standards kalibriert wurden L-SVEC (δ13C(org) = − 46,6 VPDB) und IAEA-CH-6 (δ13C(org) = − 10,45 VPDB) mit einer im Labor angegebenen Präzision von 0,12 % (n = 18, 2σ). Fünfzig polierte Dünnschnitte wurden aus dem Kaybob-Bohrloch angefertigt und untersucht. Jeder Abschnitt wurde mit blauem Epoxidharz imprägniert, um den Porenraum hervorzuheben, und die Abschnitte wurden zur Hälfte mit Alizarinrot gefärbt, um Calcit und Aragonit zu erkennen. Die Dünnschnitte wurden mit einem Zeiss Axioskop A1 an der MacEwan University in Edmonton, Alberta, untersucht. 25 Proben aus dem Kaybob-Bohrloch wurden außerdem mittels Röntgenbeugung (XRD) in den Labors von Chemostrat Inc. in Houston, Texas, auf ihren Mineralgehalt analysiert.

SiO2- und Al2O3-Daten wurden verwendet, um das Vorhandensein von überschüssigem Siliciumdioxid zu identifizieren, von dem nicht angenommen wird, dass es aus der kontinentalen Kruste stammt, unter Verwendung von Gl. (1)20.

Für den durchschnittlichen Schiefer- oder Hintergrundgehalt wurde ein Wert von 3,527 verwendet40. Die Menge an überschüssigem Siliciumdioxid (SiEX) wird zusammen mit den δ13C(org)-Daten angegeben. Die zuletzt von Wong et al.31 vorgestellte Conodonten-Biostratigraphie wurde verwendet, um die im Duvernay gesammelten δ13C(org)-Daten mit früheren Studien der Punctata Event12 zu korrelieren. Die Datenanalyse der in den drei Bohrlöchern analysierten Oxide und TOC erfolgte mithilfe multivariater Statistiken (Hauptkomponentenanalyse; PCA) in DataDesk® 6.3.1. um die Herkunft von SiO2 zu bestimmen. PCA analysiert die Gesamtvarianz des Oxid- und TOC-Datensatzes, um die Beziehung von SiO2 zu tonassoziierten Oxiden (z. B. Al2O3, TiO2, K2O, MgO, Fe2O3, Na2O), Carbonaten (z. B. CaO, MnO) oder zu repräsentierenden Variablen zu bestimmen ein biologischer Einfluss (z. B. P2O5, TOC)41. In dieser Studie wurden die Eigenvektoren e1 gegenüber e2 und e1 gegenüber e3 für jede Vertiefung aufgetragen, um mehr als 85 % der Varianz im Datensatz zu berücksichtigen.

Eine potenzielle hydrothermale Quelle für amorphes SiO2 wird mithilfe eines ternären Al-Fe-Mn-Diagramms bewertet. Adachi et al.42 definieren eine Zone, die einen hydrothermischen Einfluss nahe der Fe-Spitze (bis zu 30 % Mn) impliziert und nicht hydrothermal ist, als Al-reich und Mn-arm. In diesem Ternärdiagramm sind Proben aus jedem Bohrloch dieser Studie dargestellt.

Bei der Tondiagenese (z. B. K-Metasomatismus) kann als Nebenprodukt amorphes SiO2 entstehen43. Um festzustellen, ob die Tone im Duvernay eine signifikante diagenetische Veränderung erfahren haben, die möglicherweise amorphes SiO2 eingeführt hat, werden Oxiddaten verwendet, um zunächst den chemischen Alterationsindex (CIA) zu bestimmen, der den Grad der Verwitterung bewertet, der die Sedimente seit ihrer Quelle ausgesetzt waren (Gleichung 2)44,45.

CaO* sollte Ca nur im Silikatanteil darstellen44,45. In Anlehnung an McLennan44 wurde CaO unter Verwendung von Phosphatdaten korrigiert, wobei CaO* gleich den Molen CaO minus Molen P2O5 × 10/3 ist. Dieser Wert wird mit den Molen Na2O verglichen, und wenn der korrigierte Wert von CaO* kleiner als die Mol Na2O ist, wird dieser CaO*-Wert in Gleichung (1) verwendet. 2, ansonsten ist CaO* gleich Na2O.

CIA-Werte, die für Sedimente berechnet wurden, bei denen eine Diagenese durch K-Metasomatismus stattgefunden hat, müssen mithilfe eines A-CN-K-Diagramms (Al2O3–CaO* + Na2O–K2O) korrigiert werden, in dem die molaren Werte von Al2O3, (CaO* + Na2O) und K2O enthalten sind werden in einem Ternärdiagramm aufgetragen. Ein typischer Verwitterungstrend für Sedimente verläuft parallel zur A-CN-Linie, wo das Sediment Ca, Na und K verliert, wenn es vom ursprünglichen Quellgestein stärker verwittert. Der Grad der K-Anreicherung, der K-Metasomatismus und mögliches amorphes Siliciumdioxid-Nebenprodukt widerspiegelt, kann geschätzt werden, indem jede im A-CN-K-Ternärdiagramm aufgetragene Probe zurück auf die angenommene, vormetasomatisierte, ursprüngliche Position (CIAcorr) projiziert wird. entlang der Verwitterungstrendlinie (Parallellinie A-CN)16,46,47,48. Der Grad der Diagenese in jeder Vertiefung wird berechnet, indem die Differenz zwischen CIA und CIAcorr für jede Probe mithilfe des A-CN-K-Diagramms bestimmt wird. Proben aus jeder Vertiefung wurden in einem A-CN-K-Diagramm aufgetragen. Für das Kaybob-Bohrloch wurden XRD-Daten verwendet, um zu bestimmen, welche Proben einbezogen werden sollten, da das A-CN-K-Diagramm nur zur Analyse der Verwitterung und der K-Anreicherung in siliziklastischen Sedimenten verwendet wird. Daher wurden nur die unteren (3304,36–3333,25 m) und oberen Duvernay-Proben (3346,15–3359,13 m) in die Analyse einbezogen und die mittleren Duvernay-Proben (3333,25–3346,15 m) wurden ausgeschlossen, da diese fast vollständig aus Karbonat bestehen.

Kurz- (SWIR; 970–2510 nm) und langwellige (LWIR; 7400–12.100 nm) Infrarot-Reflexionsspektren der drei Duvernay-Kerne wurden an der University of Alberta mit bildgebenden Spektrometern gesammelt, die Teil kommerzieller SisuROCK-Systeme sind. Kernkästen, die plattenförmige Duvernay-Kerne enthielten und mit Intervallen von Punktproben aus geochemischen Gründen markiert waren, wurden mit einer räumlichen Auflösung von 0,8 (SWIR) und 0,85 (LWIR) mm/Pixel gescannt. Wir haben TOC und Al2O3 in Kernbildern mithilfe von Spektralmodellen vorhergesagt, die für Schiefer entwickelt wurden, wie in Rivard et al.28 beschrieben. Die Modelle basieren auf spektralen Attributen (z. B. Absorptionsmerkmalen), die mit der Mineralogie oder dem TOC zusammenhängen. Die Entwicklung der Modelle umfasste vier Schritte: (1) Abgleich der auf Geochemie und TOC untersuchten Kernintervalle mit entsprechenden hyperspektralen Bildern, um ein repräsentatives Reflexionsspektrum pro Probenintervall zu erzeugen, (2) Wavelet-Analyse zur Hervorhebung mineralogischer Merkmale in Reflexionsspektren, (3) Verwendung von Korrelationsskalogrammen zur Auswahl wichtiger Spektralmerkmale, die den TOC und die Geochemie vorhersagen, und (4) Regressionsanalyse zur Erstellung von Vorhersagemodellen. Für jedes Pixel wird ein vorhergesagter Gewichtsprozentwert (TOC und Al2O3) berechnet und die Ergebnisse für den Kern werden als Graustufenbilder angezeigt (Abb. 2). Wir schätzen auch die relative Häufigkeit von Opal-A in Kernbildern. Amorphes SiO2 lässt sich leicht von kristallinem SiO2 im Duvernay-Gebiet unterscheiden, wo amorphes SiO2 einen einzelnen Reflexionspeak nahe 9000 nm und kristallines SiO2 einen doppelten Reflexionspeak nahe 8400 und 9200 nm aufweist28. Der Unterschied in den Reflexionsspektren wird durch die Si-O-Si-Streckung in kristallinem Quarz im Vergleich zu amorphem Quarz verursacht30,49. Ein Opal-A-Index wurde entwickelt, um die relative Stärke der beiden SiO2-Merkmale in den Spektren jedes Bildpixels zu messen und Änderungen im gesamten Bild zu vergleichen. Die Stärke der Merkmale wurde anhand kontinuumsfreier Spektren gemessen. Konkret wurde der Opal-A-Index als (CRa-CRb)/(CRa + CRb) berechnet, wobei CRa und CRb jeweils das durchschnittliche Kontinuum entfernte Emissionsvermögen von 8312–8493 nm und 9017–9206 nm sind. Die karbonatreichen und tonreichen Pixel wurden für diese Berechnung ausgeschlossen. Der Indexwert wird für jedes Pixel berechnet und als Graustufenbild für den Kern angezeigt. (Abb. 2).

SiEX und δ13C(org) aufgetragen gegen die Tiefe; LWIR-Hyperspektralbilder von nachgewiesenem Opal-A und vorhergesagtem Al2O3 und TOC (LWIR; Graustufen). Die gestrichelte Linie bezieht sich auf 0 % SiEX. Die linken, mittleren und rechten Felder entsprechen jeweils Kabob, Willesden Green und East Shale Basin. Die Graustufenbilder haben minimale und maximale Bildlinienwerte für Opal-A-Index, %Al2O3 und %TOC von: 0,0–5,2, 0,0–19,5 (15,2), 0,0–4,2 (4,35) (Kaybob); 0,0–5,4, 0,0–15,2 (15,9), 0,0–5,5 (13,2) (Willesden Green); 0,0–4,3, 0,0–18,3 (11,4), 0,0–4,1 (9,8) (East Shale Basin).

Alle Oxid-, δ13C(org)- und TOC-Werte für die drei in dieser Studie analysierten Bohrlöcher sind in Tabelle 1 aufgeführt.

Werte von SiEX20, die mit Gl. berechnet wurden. (1) werden gegen die Tiefe aufgetragen, um die räumliche Verteilung von SiEX in den drei Duvernay-Bohrlöchern zu zeigen (Abb. 2). Werte unter Null weisen darauf hin, dass das gesamte SiO2 in der Probe mit Al2O3 verbunden ist, das hier als Proxy für den Schiefergehalt verwendet wird. Proben aus dem ESB-Kern, der Proben aus Duvernay enthält, weisen mit einem durchschnittlichen berechneten Wert von -0,45 % nur geringe SiEX auf. Die Durchschnittswerte von SiEX in den Bohrungen Kaybob und WG liegen bei 12,51 % bzw. 6,00 %, und die Durchschnittswerte für Duvernay in Kaybob und WG liegen bei 17,37 % bzw. 10,94 %, wobei SiEX im mittleren Karbonatbereich der Bohrung Kaybob fehlt. Eine Probe aus dem Kaybob-Bohrloch zeigt den höchsten SiEX-Wert von 50,37 % und der Maximalwert im WG-Bohrloch beträgt 39,01 %. δ13C(org) reicht von −29,835 bis −25,709‰, −30,057 bis −27,099‰ und −30,248 bis −25,945‰ in den Kaybob-, WG- und ESB-Bohrlöchern.

Abbildung 2 zeigt auch hyperspektrale Bilder, die für den Opal-A-Gehalt, Al2O3 und TOC erstellt wurden. Al2O3 ist ein Ton-Proxy und zeigt insgesamt eine negative Korrelation zu erhöhtem SiEX. Intervalle mit erhöhtem TOC korrespondieren mit erhöhtem SiEX im Kaybob-Bohrloch, in den anderen beiden Bohrlöchern scheint es jedoch nur eine minimale Korrelation zwischen diesen beiden Komponenten zu geben.

Dünne Schnitte aus den durch die Hyperspektralanalyse entdeckten Abschnitten mit angereichertem amorphem SiO2 enthielten Hinweise auf biogenes SiO2. SiO2 wurde als große (~ 30 μm Durchmesser; Abb. 3) runde bis halbrunde, kugelförmige bis subkugelförmige Partikel nachgewiesen; einige mit stacheligen Vorsprüngen.

Dünnschnittfotos vom Kaybob-Brunnen (19.04.064-22W4). Alle Schnitte wurden poliert, mit blauem Epoxidharz imprägniert, um die Porosität hervorzuheben, und zur Hälfte mit Alizarinrot gefärbt, um den Calcit- und Aragonitgehalt festzustellen. (A) Tiefe 3309 m (oberes Duvernay), linear polarisiertes Licht, SiO2 (gelbe Pfeile, nach unten) und CaCO3 (grüne Pfeile, nach oben zeigend). (B) Dasselbe wie A in gekreuzt polarisiertem Licht. (C) Tiefe 3309 m (oberes Duvernay), planpolarisiertes Licht, SiO2 (gelbe Pfeile, unten), CaCO3 (grüne Pfeile, oben), möglicherweise Radiolarium (blauer Pfeil, diagonal). (D) Dasselbe wie (C) in gekreuzt polarisiertem Licht.

Die Hauptkomponentenanalyse (PCA) zur Analyse der gemeldeten Oxidwerte (Abb. 4) und des TOC zeigt, dass in der Kaybob-Bohrung SiO2 mit P2O5, TOC und Na2O in den Eigenvektoren e1 gegenüber e2 korreliert (Abb. 4a). Wenn ein dritter Vektor (e3) gegen PC1 aufgetragen wird, korreliert SiO2 mit Tonindikatoroxiden (z. B. Al2O3, TiO2, K2O; Abb. 4b). Im WG-Diagramm e1 vs. e2 korreliert SiO2 mit P2O5 und TOC, und in den Diagrammen e1 vs. e3 wird gezeigt, dass SiO2 enger mit der Hauptgruppe der Ton-assoziierten Oxide assoziiert ist (Abb. 4c, d). SiO2 ist durchgängig mit Tonindikatoren im ESB-Bohrloch verbunden (Abb. 4e,f).

PCA-Analyse von Oxiden der Duvernay-Formation in (A,B) Kaybob, (C,D) Willesden Green, (E,F). Östliches Schieferbecken. Die ternären Al-Fe-Mn-Diagrammeinfügungen in (A–C) bestimmen, ob die Elementchemie auf eine mögliche hydrothermale Quelle (blau) oder eine nicht hydrothermale Quelle (gelb) schließen lässt (Adachi et al.42).

Al-Fe-Mn-Diagramme für Kaybob- und WG-Bohrlöcher zeigen Proben außerhalb des Feldes, die einer hydrothermischen Si-Quelle entsprechen, wie von Adachi et al.42 definiert. Neun ESB-Proben liegen innerhalb dieses Feldes, der Rest in der gleichen Region wie die WG- und Kaybob-Proben (Abb. 4).

Der von CIA-CIAcorr ermittelte Grad der Diagenese (K-Metasomatismus) im Duvernay in jedem Bohrloch liegt zwischen 9 und 17 für ESB, 14–17 für WG, 7–12 für den unteren Duvernay in Kaybob und 3 –10 für den oberen Duvernay (Abb. 5).

A-CN-K-Diagramme (A12O3–CaO* + Na2O–K2O) des Kaybob-Bohrlochs (A) und XRD-Daten im Vergleich zur Tiefe (B). Der Chemical Alteration Index (CIA) wird verwendet, um den Grad der diagenetischen Veränderung zu ermitteln, die die Proben erfahren haben44,45,46,47,48. Die Proben werden zurück zum Verwitterungstrend entlang einer Diageneselinie (von K2O), zum Verwitterungstrend und zum CIA (CIAcorr)46 aufgezeichnet, um die K-Anreicherung zu korrigieren. Der CIA-CIAcorr der Probe bestimmt den Grad der K-Anreicherung für jede Probe. Die höchsten Werte von CIA-CIAcorr sind hier für jede Vertiefung angegeben.

Das punctata-Ereignis (pE) wurde erstmals durch eine große positive δ13C-Exkursion (bis zu 4,5‰) in der frasnischen punctata-Zone (Conodont) in Polen, der Tschechischen Republik und China erkannt, schien jedoch nicht mit einer größeren Änderung des Meeresspiegels zu korrelieren oder klimatische Schwankungen4. In der terrestrischen Umwelt fand eine entscheidende Veränderung statt, jedoch führte die Verbreitung von Aneurophyten- und Archaeopteriden-Progymnospermenwäldern1 zu tieferen und komplexeren Wurzelnetzwerken und einer erhöhten Pedogenese2,7,8. Dieser Übergang markiert eine bedeutende Verschiebung in der Wechselwirkung zwischen der Lithosphäre und der Hydrosphäre. Durch die pedogene Verwitterung gelangten höhere Mengen terrestrisch gewonnener Nährstoffe (z. B. P) in die Meeresumwelt, was zu einer erhöhten Primärproduktivität und einer Sauerstoffschichtung führte8. Die mit der Anoxie des Grundwassers verbundene Verlagerung von organischem Kohlenstoff in Verbindung mit einer erhöhten Produktivität der oberen Wassersäule erhöhte die δ13C-Verhältnisse50, was zu mehreren positiven Abweichungen führte, die vom späten Devon bis zum Karbon beobachtet wurden1,8.

In dieser Studie sind positive δ13C(org)-Isotopenausschläge (2,9–3,7‰) nahe der Basis der Duvernay-Formation vorhanden (Abb. 2). Die Isotopenverschiebung an der Basis des Duvernay/Perdrix wurde zuerst im WCSB im Untergrund von Holmden et al.51 und in den Rocky Mountains in Alberta von Śliwiński et al.9 erkannt, die sie als pE erkannten. Śliwiński et al.18 Abb. 7 zeigt zwei δ13C(org)-Exkursionen, eine in der Maligne-Formation (Äquivalent zur Majeau-Lake-Formation), die vermutlich ein Nebeneffekt der Dolomitisierung ist, und eine in der Perdrix-Formation (Äquivalent zur Duvernay-Formation). Die positive Verschiebung im Perdrix ist Ereignis III des pE und die abrupte Rückkehr zu Hintergrundwerten ist Ereignis IV (Abb. 6), entsprechend einem Vergleich der kürzlich aktualisierten Frasnian-Conodont-Stratigraphie im WCSB32 und Korrelationen zwischen zahlreichen Standorten weltweit in Pisarowska et al.12 In dieser Studie zeigt das Kaybob-Bohrloch zwei Verschiebungen, eine größere positive Exkursion in der Waterways-Formation der Beaverhill Lake Group bis hin zur Majeau Lake-Formation und eine weitere im unteren Duvernay. Śliwiński et al.18 verzeichnen diese positive Verschiebung auch im Majeau Lake/Maligne-Intervall, raten jedoch zur Vorsicht bei der Interpretation, da dieses Intervall dolomitisierte Schichten enthält. Obwohl davon ausgegangen wird, dass die Dolomitisierung normalerweise keine Auswirkungen auf die δ13C(org)-Isotopendaten hat und diese positive Störung im Kaybob-Brunnen dieser Studie im gleichen Intervall vorhanden ist, bedeutet dies, dass dieses Intervall trotz seiner Abweichung vom weltweiten Intervall eine weitere Untersuchung wert sein könnte Aufzeichnungen. Die WG-, Kaybob- und ESB-Bohrlöcher zeigen jeweils eine δ13C(org)-Auslenkung im unteren Duvernay-Gebiet, wobei die positive Basisauslenkung als Ereignis III und die Rückkehr zu Hintergrundwerten als Ereignis IV12 angesehen wird (Abb. 6). Der leichte Versatz dieser Abweichungen ist nicht überraschend, wenn man bedenkt, dass der Zeitpunkt und die Geschwindigkeit einer umfassenden Pflanzenbesiedlung und -entwicklung auf der ganzen Welt gestaffelt wären8. Die δ13C(org)-Exkursion im Kaybob-Brunnen, dem distalsten der drei im Beckentransekt enthaltenen Bohrlöcher, weist die schwächste Ereignis-IV-δ13C(org)-Störung auf (1,5‰) und das ESB-Bohrloch, das am proximalsten liegt auf einem bereits bestehenden Karbonatschelf (Cooking Lake Formation) abgelagert, weist die stärkste Störung auf (3,7‰). Diese Verschiebung der Größe der δ13C(org)-Werte im gesamten Becken folgt dem von Śliwiński et al.18 vorgeschlagenen Modell, das feststellte, dass die Größe der pE δ13C(org)-Auslenkung für Ereignis III vom Schelf zum Becken hin abnimmt. Nachdem Ereignis IV des pE in jeder Vertiefung identifiziert wurde, wurden die LWIR-Daten und SiEX mit δ13C(org)-Daten verglichen, um zu bestimmen, ob die vorhergesagte erhöhte Produktivität (Plankton = Radiolarien) mit dem Beginn der Waldausdehnung, einer erhöhten Bodenbildung und Nährstoffversorgung korreliert , wie in Algeo und Scheckler2 vorhergesagt.

δ13C(org)-Aufzeichnungen aus Padberg, Deutschland12, Wietrznia, Polen52, Westkanada (Miette-Plattform)18 und diese Studie der Duvernay-Formation aus Westkanada. Diese Aufzeichnungen werden mit der biostratigraphischen Spalte von Pisarzowska et al.12 (1 = überarbeitete Conodontenzonierung in Pisarzowska et al.12 und 2 = Racki und Bultynck53) und Wong et al.31 (1 = Ziegler und Sandberg54 und 2 = Montagne Noire) aufgezeichnet Zone55).

Im Kaybob-Kern gibt es einen leichten Anstieg von SiEX nach der größten δ13C(org)-Verschiebung (3363,04 m; Ereignis II; Abb. 2), gefolgt von erhöhtem SiEX und Opal-A, was einem zweiten, kleineren δ13C(org) entspricht. Schicht (3352,00 m; Veranstaltung III). Schließlich gibt es einen signifikanten und anhaltenden Anstieg von SiEX und Opal-A-SiO2 im oberen Kaybob Duvernay (3331,45 m), der nicht direkt einer δ13C(org)-Verschiebung entspricht. Im WG-Kern steigt der SiEX- und Opal-A-SiO2-Gehalt, wenn δ13C(org) auf seinen positivsten Wert (3274,48 m; Ereignis III) wechselt und SiEX und Opal-A-SiO2 weiterhin im gesamten unteren Duvernary vorhanden sind. Im ESB-Bohrloch, an einer Position, die am weitesten vom offenen Ozean entfernt ist, auf dem Schelf und hinter mehreren großen Riffplattformen, gibt es die größte der Event III δ13C(org)-Verschiebungen (2243,22 m) und eine weitere kleinere Verschiebung nach oben. (2232,65 m), was einem Anstieg von SiEX und einem leicht erhöhten Opal-A-SiO2 entspricht. Im Vergleich zu den anderen beiden Bohrlöchern enthält das ESB Duvernay nur minimal SiEX und Opal-A-SiO2, was vielleicht nicht überraschend ist, wenn man bedenkt, dass es sich auf der Plattform hinter mehreren großen Riffkomplexen befindet. In jedem der drei Datensätze scheint es, dass das Opal-A-SiO2 negativ mit Intervallen mit erhöhtem Al2O3 korreliert, einem Indikator für den Toneintrag. Erhöhte Konzentrationen von SiEX und Opal-A SiO2 können mit δ13C(org)-Verschiebungen zusammenhängen, die auf Signaländerungen im globalen Kohlenstoffkreislauf im Zusammenhang mit dem pE zurückzuführen sind; Allerdings korrelieren nicht alle Intervalle mit erhöhtem SiEX- und Opal-A-SiO2 mit dem genauen Beginn dieser Abweichungen. Möglicherweise gibt es im Becken neben Radiolarien im Zusammenhang mit dem pE noch andere Quellen für Opal-A-SiO2. Daher ist es wichtig, die Daten abzufragen und festzustellen, ob es auch mehrere Quellen für amorphes SiO2 geben könnte, insbesondere angesichts des Fehlens eines δ13C (org) Exkursion im oberen Duvernay des Kaybob-Bohrlochs, wo eine erhebliche Menge SiEX vorhanden ist, das vom LWIR als opales SiO2 identifiziert wurde.

Zu den möglichen Quellen für amorphes SiO2 in Schiefern oder Schlammgestein gehören: (1) eine biogene Quelle14,24,38, (2) hydrothermale Alteration42 oder (3) ein Nebenprodukt der Tondiagenese (z. B. Smektit-Illit oder Illit zu Muskovit). Übergänge)43,56,57.

Die PCA-Analyse (Abb. 4) der Kaybob- und WG-Bohrlöcher zeigt, dass SiO2 mit P2O5 und TOC in e1 vs. e2 korreliert (Abb. 4a, c). Höhere Werte des P2O5-Gehalts weisen auf eine erhöhte Paläoproduktivität hin9,14,58,59. Die Assoziation von SiO2 mit P2O5 und TOC könnte daher darauf hindeuten, dass SiEX in WG und Kaybob hauptsächlich biogenen Ursprungs ist. Dies wird von Harris et al.38 gestützt, wo SiEX im Duvernay einer biogenen Quelle zugeschrieben wird, da Abschnitte mit hohem Si-Überschuss (> 5 %) mit einem hohen TOC korrelieren. Na2O wurde in diesem Bereich auch mit SiO2, P2O5 und TOC assoziiert. Na2O wird typischerweise als Ton-Proxy betrachtet, aber Na2O-Werte können aufgrund der Einbindung von Bohrflüssigkeiten unzuverlässig sein, weshalb es aus unserer Interpretation aller PCA-Diagramme in dieser Studie entfernt wird41. In der PCA-Analyse (Abb. 4) zeigt e1 vs. e3 im Kaybob-Bohrloch SiO2 in Verbindung mit Tonindikatoren (z. B. TiO2, Al2O3), was darauf hindeutet, dass es in diesem Bohrloch auch einen Beitrag von SiO2 aus Silikalastika gibt, während das SiO2 in e1 vs. e3 im WG-Bohrloch ist nicht eng mit Tonindikatoren verknüpft, sondern auch von P2O5 und TOC getrennt. Dies kann auf das Vorhandensein von äolischem Schlick im WG-Bohrloch hinweisen, da diese Art von Kieselsäure nicht unbedingt eng mit Ton-Proxies korreliert. Eine hydrothermale Si-Quelle kann für die Kaybob- und WG-Bohrlöcher ausgeschlossen werden, basierend auf Al-Fe-Mn-Diagrammen, die zeigen, dass diese Proben in der Nähe des Al-Feldes liegen, was darauf hindeutet, dass sie nicht mit einer hydrothermischen Quelle verbunden sind (Abb. 4)42. Die petrographische Analyse von Dünnschnitten aus dem Kaybob Duvernay, insbesondere aus den Abschnitten (3309 m und 3350 m) mit erhöhtem SiEX, und die in den Hyperspektralbildern gezeigt haben, dass sie Opal-A-SiO2 enthalten, zeigt mehrere abgerundete SiO2-Partikel, von denen einige spitze oder porös sind Strukturen, die darauf hindeuten, dass es sich um Radiolarien handelt (Abb. 3c, d). Alle in Abb. 3 gezeigten Dünnschnittfotos wurden in den mit Alizarinrot gefärbten Bereichen aufgenommen. Die in Abb. 3 gezeigten runden bis halbrunden, kugelförmigen bis subkugelförmigen Partikel (grüne Pfeile, nach oben zeigend) könnten auch die Quelle des amorphen SiO2 sein, das in den hyperspektralen Bildern gezeigt wird (Abb. 2). Schieber14,17 gibt an, dass es sich bei der Identifizierung von Quarzschlamm in Schiefern tatsächlich um Algenzysten oder -sporen handeln kann, die mit diagenetischem SiO2 gefüllt sind, das aus biogenem SiO2 (Radiolarien oder Schwämmen) stammt, ähnlich den abgerundeten bis subrunden SiO2-Partikeln in Abb. 3. In Beim ESB-Bohrloch zeigen alle PCA-Analysen, dass SiO2 mit Tonindikatoren korreliert, was darauf hindeutet, dass das meiste SiO2 im ESB-Bohrloch aus Silikalastika stammt. Es gibt jedoch neun Proben, die in der Al-Fe-Mn-Ternärkurve nahe dem Fe-Feld liegen und mit metallhaltigen Sedimenten in Zusammenhang stehen, die als hydrothermale Niederschläge interpretiert werden (Abb. 4e)42. Diese Intervalle korrelieren nicht mit erhöhten SiEX-Werten (Abb. 2) und insgesamt deuten die SiEX- und LWIR-Bilder darauf hin, dass SiEX und Opal-A im ESB-Brunnen gering sind.

Die Diagenese von Grabton, die zu Opal-A als Nebenprodukt der K-Anreicherung führen könnte, wurde als potenzielle Quelle für SiO2 in den Duvernay-Bohrlöchern bewertet. Dazu wurden Oxiddaten in einem ternären A-CN-K-Diagramm44,45,46,47,48 aufgetragen, um zu bestimmen, wie weit sich die Proben von der vorhergesagten parallelen A-CN-Verwitterungslinie entfernt haben, die den Verlust von CaO und Na2O vorhersagt und K2O, die bei der chemischen Verwitterung von Sedimenten erwartet werden. Der Abstand von diesem Verwitterungstrend hin zur K2O-Spitze bestimmt, ob die Sedimente eine signifikante K-Anreicherung erfahren haben, die mit der Smektit-Illit-Reaktion, Illitisierung oder K+-Anreicherung verbunden ist (Abb. 5). In absinkenden Meeresbecken bei niedrigeren Temperaturen von 100–120 °C kommt es wahrscheinlich zu K-Metasomatismus, der zu Smektit-Illit-Übergängen und zur Ausfällung von amorphem SiO2 als Nebenprodukt der Reaktion führen kann43,45,60. Aus den A-CN-K-Diagrammen geht hervor, dass Proben aus den ESB- und WG-Bohrlöchern einen ähnlichen Grad an K-Anreicherung aufwiesen, mit CIA-CIAcorr-Werten von bis zu 17 (Abb. 5c, d). Kaybob-Proben zeigten die geringste K-Anreicherung, wobei die oberen Duvernay-Proben CIA-CIAcorr-Werte von nur 3–10 aufwiesen. Daher wurde die geringste Veränderung im oberen Kaybob-Duvernay-Gebiet festgestellt, das auch die höchsten Werte an SiEX und amorphem SiO2 aufweist (Abb. 2). Während es keine Möglichkeit gibt, definitiv zu bestimmen, wie viel amorphes SiO2 als Nebenprodukt der Tondiagenese beigesteuert werden könnte, sagen Abercrombie et al.43 voraus, dass durch diesen Prozess keine nennenswerten Mengen an SiO2 beigesteuert werden. Dementsprechend ist es wahrscheinlich, dass die primäre Quelle für amorphes Kaybob- und WG-SiO2 biogen ist, insbesondere wenn alle Proben aus den Duvernay-Bohrlöchern durch Tondiagenese mit K angereichert wurden, was zu einem gewissen Beitrag von amorphem SiO2 führen könnte Assoziation von SiO2 mit P2O5 und TOC in der PCA-Analyse (Abb. 4).

In früheren Studien zum pE wurden, wie bei vielen anderen großen Veränderungen im Klima und im Kohlenstoffkreislauf, δ13C(org)- oder δ13C(carb)-Exkursionen verwendet, um den Beginn eines bestimmten Ereignisses (z. B. große Vulkanausbrüche in Provinzen) genau zu bestimmen. Während dieser Verschiebungen werden bestimmte damit verbundene geochemische Signale in den Gesteinsaufzeichnungen erwartet, die wir als Stellvertreter für das Verständnis der kausalen Ereignisse verwenden, die zu Veränderungen in der Atmosphäre, Biosphäre oder Hydrosphäre geführt haben. Pisarowska et al.12 untersucht mögliche Ursachen für die PE-Exkursion und weist darauf hin, dass die IIc61-Überschwemmungsoberfläche mit dem Einsetzen des PE an mehreren Orten, an denen er erkannt wird, und einem damit verbundenen intensivierten Wasseraustausch zwischen epirischen Meeren und dem offenen Ozean korrespondiert Die Veränderungen in der terrestrischen Umwelt sind die wahrscheinlichste Ursache. Der Alamo-Einschlag im Süden Nevadas62 und potenzielle Vulkanausbrüche63,64 wurden ebenfalls als mögliche Erklärungen für die Exkursion angeführt, doch Pisarowska et al.12 weisen darauf hin, dass der Beginn dieser Ereignisse nicht mit dem Beginn des pE und des großen Vulkanausbruchs übereinstimmt würde eher zu einer negativen Abweichung führen, wie sie im Perm-Trias-Aussterbeintervall zu sehen ist. Im WCSB setzt sich die Riffbildung in diesem Zeitraum fort, was bedeutet, dass dieses Meeresleben in diesem Zeitraum an dieser Stelle fortbesteht.

Da die Ursache des pE berücksichtigt und teilweise auf die Entwicklung tieferer Wurzelnetzwerke und dickerer Bodenhorizonte im mittleren bis späten Devon zurückgeführt wird, ist es wahrscheinlich, dass Flussabflüsse, die erhöhte Konzentrationen an freigesetztem P8 enthalten, zusammen mit der planktonischen Biomasse zunehmen würden. Da durch Modelle und die Verwendung von Proxies2,9 eine erhöhte Produktivität und ein höherer Aufschwung vorhergesagt werden, ist mit einem Anstieg des biogenen SiO2 zu rechnen, der das Vorhandensein von Opal-A-Radiolarientests zu Beginn des pE widerspiegelt. Alle drei Bohrlöcher, sogar das ESB-Bohrloch, zeigen einen Anstieg von Opal-A bei oder kurz nach Beginn des pE-Ereignisses III und basierend auf der hier vorgestellten PCA-, Al-Fe-Mn- und A-CN-K-Analyse ist die Quelle wahrscheinlich biogen. Allerdings entsprechen die konzentrierten Opal-A- und TOC-Konzentrationen im Kaybob Upper Duvernay, die den niedrigsten Gesamtgrad der K-Anreicherung und keine Hinweise auf einen hydrothermischen Einfluss aufweisen, nicht einer δ13C(org)-Abweichung, obwohl sie die normalerweise üblichen Kriterien erfüllen Erklären Sie positive δ13C-Verschiebungen. Der signifikante Anstieg von biogenem SiO2 und TOC wurde auf den Auftrieb während eines Anstiegs des Meeresspiegels zweiter Ordnung zurückgeführt, der nichts mit dem pE38 zu tun hatte. Allerdings werden in der WG-Bohrung keine erhöhten Konzentrationen an biogenem Si und TOC beobachtet. Die Verteilung von Opal-A im Kaybob-Bohrloch stimmt mit etablierten Modellen der Duvernay-Ablagerung überein, wobei kontinental stammendes Material in Ost-West-Klinoformen abgelagert wird34. In der WG basal Duvernay gibt es einen leichten Anstieg von biogenem Si gepaart mit verwittertem Ton und möglicherweise Quarzschluffen (WG PCA e1 vs. e3). Mit nach Westen hin dünner werdenden Klinoformen ist die Kaybob-Quelle, die dem offenen Ozean am nächsten liegt, für die Ablagerung durch Suspension günstiger, was die Erhaltung von kieselsäurehaltigem Skelettmaterial begünstigt. Insgesamt enthält das Kaybob-Bohrloch weniger Ton und mehr Opal-A-SiO2 als das ESB-Bohrloch. Das in dieser Studie veranschaulichte Rätsel besteht darin, dass die δ13C(org)-Ausschläge, die den pE signalisieren, nicht unbedingt dem geochemisch und mineralogisch deutlichsten Intervall entsprechen, das der vorhergesagten Reaktion einer gesteigerten Produktivität und Erhaltung organischer Materie (z. B. hohe Konzentration von) zu entsprechen scheint biogenes Si und TOC im oberen Duvernay in Kaybob). Die erwartete Reaktion erhöhter Produktivität und konservierter organischer Substanz kann im basalen Duvernay am pE aufgrund der damit einhergehenden Zunahme terrestrischer Sedimente, die mit tieferen Wurzelnetzwerken verbunden sind, die während des pE entwickelt wurden, abgeschwächt werden. In anderen Studien zum punctata-Ereignis8 und zu Intervallen anderer bedeutender Klimaereignisse oder potenzieller Biodiversitätslücken (z. B. kambrisches SPICE-Ereignis64; Paläozän-Eozän65) wurden Abweichungen zwischen den durch δ13C signalisierten großen Klimaveränderungen und der in Sedimentschichten aufgezeichneten Reaktion festgestellt. Eines ist sicher: Bei der Interpretation von δ13C-Ausschlägen und dem Einsetzen erheblicher Klimaverschiebungen im Vergleich zu den in den Gesteinsaufzeichnungen aufgezeichneten Änderungen (z. B. erhöhter Produktivität) sollten viele verschiedene Untersuchungsmethoden verwendet werden. Die Zusammenhänge zwischen diesen sind noch nicht vollständig verstanden. Wie in dieser Studie und Śliwiński et al.18 beobachtet, variiert auch das Ausmaß der δ13C-Auslenkungen je nach Position im Becken. Die Auswirkungen größerer Verschiebungen in den δ13C-Aufzeichnungen (z. B. Änderungen der Produktivität, erhöhter TOC usw.) sind auch in den Ozeanbecken und ihrer Position in den Sedimentaufzeichnungen unterschiedlich. Angesichts der Bedeutung von Veränderungen in der Verwitterung, der Produktivität und dem biogeochemischen Si-Kreislauf im Zusammenhang mit großen Klimaveränderungen und Aussterben ist die Trennung von amorphem und kristallinem SiO2 für zukünftige Studien dieser Ereignisse von entscheidender Bedeutung16,27. Die Verwendung von LWIR in dieser Studie ist der erste Versuch, amorphes und höchstwahrscheinlich biogenes SiO2 in einem alten Becken zu kartieren. Weitere Studien mit dieser Technik könnten uns dabei helfen, den biogeochemischen Silica-Kreislauf zu verstehen und signifikante Verschiebungen dieses Zyklus im Laufe der geologischen Zeit zu erkennen. Aktuelle Methoden zur Differenzierung von SiO2-Polymorphen weisen viele Einschränkungen auf27. Die frühe Pflanzenbesiedelung von Landschaften im mittleren bis späten Devon erhöhte die Abgabe von P an die Meeresumwelt, was wahrscheinlich zu einer Produktivitätssteigerung in der oberen Wassersäule und örtlicher Anoxie im Grundwasser führte, aber mit einer eventuellen Stabilisierung der P-Freisetzung, wenn sich die Vegetation etabliert, ist nicht bekannt ob diese Verschiebungen nachhaltige beckenweite Veränderungen in der Meeresumwelt verursachen8. Die Kartierung von Intervallen erhöhter Produktivität (biogenes SiO2) auf Beckenebene wird unser Verständnis der terrestrisch-marinen Fernverbindungen in Zeiten erheblicher Klimaveränderungen erleichtern.

Diese Studie untersucht die Verteilung von amorphem SiO2 in der Duvernay-Formation in drei Bohrlöchern über einen Beckenquerschnitt, um festzustellen, ob eine Steigerung der Produktivität (z. B. Radiolarien) mit der Entstehung tieferer Wurzelnetzwerke und dickerer Bodenhorizonte verbunden ist, die zu terrestrisch gewonnenen Nährstoffen beitragen die Ozeane während des punctata-Ereignisses (pE). Frühere Untersuchungen moderner und alter Aufzeichnungen für Abschnitte von amorphem SiO2, die biogenen Quellen zugeschrieben werden könnten, stützten sich auf geochemische Proxies oder getrennte Aliquots, die nicht das gesamte amorphe SiO227 erfassten. Mit der hyperspektralen LWIR-Bildgebung können wir Opal-A-SiO2 auf einer Makroskala als kontinuierlichen Datensatz mithilfe eines zerstörungsfreien Instruments nachweisen. Diese Fähigkeit, Intervalle von Opal-A-SiO2 schnell und effizient zu erkennen, bedeutet, dass wir möglicherweise damit beginnen können, diese Intervalle auf einer Beckenskala zu kartieren, um die paläogeografische Rekonstruktion zu verbessern und vergangene ozeanische Zirkulationen zu kartieren. Es wurde festgestellt, dass Opal-A-SiO2, das durch LWIR-Bildgebung identifiziert wurde, zwei Quellen hat: 1) ein Nebenprodukt der Tondiagenese, das mithilfe eines A-CN-K-Diagramms identifiziert wurde, und 2) biogenes Siliciumdioxid, das in zwei von ihnen die Hauptquelle von SiO2 ist die drei Brunnen. Im Fall von Duvernay im Westkanada-Sedimentbecken führte die Wirkung des pE zu einer erhöhten Paläoproduktivität in zwei Gebieten der Duvernay-Ablagerung im Becken hinter einem großen Barriereriff. Der dritte Bereich, der durch die ESB-Bohrung repräsentiert wird, die sich auf der Karbonatplattform und hinter mehreren großen länglichen Barriereriffen befindet, weist nur geringe Mengen an amorphem SiO2 auf. Während das A-CN-K-Diagramm darauf hindeutet, dass es möglicherweise einen geringfügigen Beitrag von SiEX oder Opal-A-SiO2 aus der Tondiagenese gegeben hat, sind der beckenwärts gerichtete Anstieg von SiEX und Opal-A-SiO2, die Korrelation von SiO2 mit P2O5, dem TOC und dem δ13C( org)-Verschiebung im Zusammenhang mit dem pE und der Nachweis möglicher Radiolarientests oder SiO2-gefüllter Algenzysten deuten allesamt auf eine überwiegend biogene SiO2-Quelle im Duvernay hin. Dieser Befund unterstützt die Theorie, dass die Ozeane einen Produktivitätszuwachs erlebten, da sich die Wälder der Welt ausdehnten und tiefere Wurzelnetzwerke entwickelten, was die Bodenentstehung und die Lieferung terrestrisch gewonnener Nährstoffe in den Meeresbereich steigerte. Die höchste Konzentration an SiEX, biogenem Opal-A-SiO2 und TOC befindet sich jedoch im oberen Duvernay-Bereich des am weitesten distal gelegenen Bohrlochs und entspricht keiner δ13C(org)-Auslenkung. Diese Studie zeigt die Notwendigkeit weiterer Studien, die die Korrelation von δ13C-Auslenkungen und -Reaktionen, die in den Sedimentaufzeichnungen aufgezeichnet wurden, sowie die Notwendigkeit einer Unterscheidung von amorphem von kristallinem SiO2 untersuchen, damit wir den globalen Siliciumdioxidkreislauf durch terrestrisch-marine Fernverbindungen besser verstehen können.

Die während der aktuellen Studie verwendeten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim entsprechenden Autor erhältlich.

Elrick, M. et al. Mit hochauflösenden U-Isotopen mariner Kalksteine wurde eine starke ozeanische Sauerstoffanreicherung im Früh- und Mitteldevon im Zusammenhang mit der frühen Landpflanzenentwicklung nachgewiesen. Planet Erde. Wissenschaft. Lette. 581, 117410 (2022).

Artikel CAS Google Scholar

Algeo, TJ & Scheckler, SE Terrestrisch-marine Fernverbindungen im Devon: Zusammenhänge zwischen der Entwicklung von Landpflanzen, Verwitterungsprozessen und marinen anoxischen Ereignissen. Philos. Trans. R. Soc. London. Ser. B Biol. Wissenschaft. 353(1365), 113–130 (1998).

Artikel Google Scholar

Capel, E. et al. Die silurisch-devonische terrestrische Revolution: Diversitätsmuster und Stichprobenverzerrung der Makrofossilienaufzeichnung von Gefäßpflanzen. Erdwissenschaft. Rev. 231, 104085 (2022).

Artikel Google Scholar

Racki, G., Joachimski, MM & Morrow, JR Eine erhebliche Störung des globalen Kohlenstoffhaushalts im Übergang vom frühen zum mittleren Frasnium (spätes Devon). Paläogeogr. Paläoklimatol. Paläoökol. 269(3–4), 127–129 (2008).

Artikel Google Scholar

Stein, WE, Berry, CM, Hernick, LV & Mannolini, F. Überraschend komplexe Gemeinschaft im mittleren Devon-Fossilienwald bei Gilboa entdeckt. Nature 483(7387), 78–81 (2012).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Retallack, GJ & Huang, C. Ökologie und Entwicklung devonischer Bäume in New York, USA. Paläogeogr. Paläoklimatol. Paläoökol. 299(1–2), 110–128 (2011).

Artikel Google Scholar

Qie, W., Algeo, TJ, Luo, G. & Herrmann, A. Globale Ereignisse des späten Paläozoikums (frühes Devon bis Mittelperm): Ein Rückblick. Paläogeogr. Paläoklimatol. Paläoökol. 531, 109259 (2019).

Artikel Google Scholar

Smart, MS, Filippelli, G., Gilhooly III, WP, Marshall, JE & Whiteside, JH Erhöhte terrestrische Nährstofffreisetzung während der Entstehung und Ausbreitung von Wäldern im Devon: Belege aus Seephosphor- und geochemischen Aufzeichnungen. GSA-Bulletin. 9. November (2022).

Śliwiński, MG, Whalen, MT & Day, J. Spurenelementvariationen in der mittelfrasnischen punctata-Zone (spätes Devon) im Sedimentbecken im Westen Kanadas – Veränderungen in der ozeanischen Bioproduktivität und im Paläoredox, ausgelöst durch einen Impuls terrestrischer Aufforstung? Geol. Belg. 4, 459–482 (2010).

Google Scholar

Filippelli, GM & Souch, C. Auswirkungen von Klima und Landschaftsentwicklung auf den terrestrischen Phosphorkreislauf. Geology 27(2), 171–174 (1999).

2.3.CO;2" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1130%2F0091-7613%281999%29027%3C0171%3AEOCALD%3E2.3.CO%3B2" aria-label="Article reference 10" data-doi="10.1130/0091-7613(1999)0272.3.CO;2">Artikel ADS CAS Google Scholar

Filippelli, GM, Souch, C., Horn, SP & Newkirk, D. Der präkolumbianische Fußabdruck auf den terrestrischen Nährstoffkreislauf in Costa Rica: Erkenntnisse aus Phosphor in einer Seesedimentaufzeichnung. J. Paläolimnol. 43(4), 843–856 (2010).

Artikel ADS Google Scholar

Pisarzowska, A. & Racki, G. Vergleichende Kohlenstoffisotopen-Chemostratigraphie großer biotischer Krisen im späten Devon. In Stratigraphie & Zeitskalen. 387–466, Bd. 5. (Academic Press, 2020).

Mortlock, RA & Froelich, PN Eine einfache Methode zur schnellen Bestimmung von biogenem Opal in pelagischen Meeressedimenten. Tiefseeres. Teil A Ozeanogr. Res. Brei. 36(9), 1415–1426 (1989).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Schieber, J., Krinsley, D. & Riciputi, L. Diagenetischer Ursprung von Quarzschlamm in Tonsteinen und Auswirkungen auf den Silikatkreislauf. Nature 406(6799), 981–985 (2000).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Buckman, J., Mahoney, C., März, C., Wagner, T. & Blanco, V. Identifizierung biogener Kieselsäure: Mudrock-Mikrogewebe durch Ladungskontrastbildgebung erforscht. Bin. Bergmann. 102(4), 833–844 (2017).

Artikel ADS Google Scholar

Gao, P., He, Z., Lash, GG, Zhou, Q. & Xiao, X. Kontrollen der Kieselsäureanreicherung von organisch reichen Schieferlagerstätten im unteren Kambrium. März Haustier. Geol. 130, 105126 (2021).

Artikel CAS Google Scholar

Schieber, J. Frühe diagenetische Kieselsäureablagerung in Algenzysten und -sporen; eine Sandquelle in Schwarzschiefer? J. Sediment. Res. 66(1), 175–183 (1996).

Google Scholar

Śliwiński, MG, Whalen, MT, Newberry, RJ, Payne, JH & Day, JE Stabile Isotope (δ13Ccarb und org, δ15Norg) und Spurenelementanomalien während des „punctata-Ereignisses“ im späten Devon im Sedimentbecken Westkanadas. Paläogeogr. Paläoklimatol. Paläoökol. 307(1–4), 245–271 (2011).

Artikel Google Scholar

Papazis, PK & Milliken, K. Kathodolumineszierende Texturen und der Ursprung von Quarz im Mississippi-Barnett-Schiefer, Fort Worth Basin, Texas. In AAPG Annual Meeting, Volume Abstracts: Calgary, Alberta, American Association of Petroleum Geologists A, 105 (2005).

Ross, DJ & Bustin, RM Untersuchung der Verwendung sedimentärer geochemischer Proxies zur Paläoumweltinterpretation von thermisch ausgereiften, organisch reichen Schichten: Beispiele aus den Devon-Mississippian-Schiefern, Westkanadisches Sedimentbecken. Chem. Geol. 260(1–2), 1–19 (2009).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Götze, J., Plötze, M. & Habermann, D. Ursprung, spektrale Eigenschaften und praktische Anwendungen der Kathodolumineszenz (CL) von Quarz – eine Übersicht. Mineral. Benzin. 71(3), 225–250 (2001).

ADS Google Scholar

Milliken, KL, Ergene, SM & Ozkan, A. Quarzarten, authentisch und detrital, in der oberen Kreidezeit der Eagle Ford Formation, Südtexas, USA. Sed. Geol. 339, 273–288 (2016).

Artikel CAS Google Scholar

Blatt, H. Perspektiven; Sauerstoffisotope und der Ursprung von Quarz. J. Sediment. Res. 57(2), 373–377 (1987).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Rowe, HD, Loucks, RG, Ruppel, SC & Rimmer, SM Mississippian Barnett Formation, Fort Worth Basin, Texas: Geochemische Massenschlussfolgerungen und Mo-TOC-Einschränkungen für den Schweregrad der hydrografischen Einschränkung. Chem. Geol. 257(1–2), 16–25 (2008).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Wright, AM, Ratcliffe, KT, Zaitlin, BA & Wray, DS Die Anwendung chemostratigraphischer Techniken zur Unterscheidung zusammengesetzter eingeschnittener Täler in eingeschnittenen Talsystemen mit geringer Akkommodation in einem Vorlandbecken: Ein Beispiel aus der Mannville-Gruppe und Basal der Unterkreide Colorado Sandstone (Colorado Group), Western Canadian Sedimentary Basin, in KT Ratcliffe und BA Zaitlin (Hrsg.), Application of Modern Stratigraphic Techniques: Theory and Case Histories: SEPM SP PUB No. 94 (2010).

Murata, KJ & Norman, MB Ein Kristallinitätsindex für Quarz. Bin. J. Sci. 276(9), 1120–1130 (1976).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Tréguer, PJ et al. Rezensionen und Synthesen: Der biogeochemische Kreislauf von Silizium im modernen Ozean. Biogeowissenschaften 18(4), 1269–1289 (2021).

Artikel ADS Google Scholar

Rivard, B., Harris, NB, Feng, J. & Dong, T. Ableitung der geochemischen und mineralogischen Eigenschaften des gesamten organischen Kohlenstoffs und der Hauptelemente des Schieferkerns aus hyperspektralen Bildern. AAPG Bull. 102(10), 2101–2121 (2018).

Artikel Google Scholar

Lippincott, ER, Van Valkenburg, A., Weir, CE & Bunting, EN Infrarotstudien an Polymorphen von Siliziumdioxid und Germaniumdioxid. J. Res. Natl. Bur. Stand 61(1), 61–70 (1958).

Artikel CAS Google Scholar

Salisbury, JW, D'Aria, DM & Jarosewich, E. Midinfrared (2,5–13,5 μm) Reflexionsspektren von pulverisierten Steinmeteoriten. Ikarus 92(2), 280–297 (1991).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Wong, PK, Weissenberger, JAW, Gilhooly, MG, Playton, TE & Kerans, C. Überarbeiteter stratigraphischer Rahmen der regionalen Frasnian-Sequenz, Alberta-Aufschluss und Untergrund. Neuer Adv. Devonische Carbonate: Aufschlussanaloga, Reservoirs und Chronostratigr. 49(1), 37–85 (2016).

Google Scholar

Wendte, JC Entwicklung der Cooking Lake-Plattform und ihre Kontrolle über die Entstehung und Lokalisierung des Leduc-Riffs im späten Devon, Redwater, Alberta. Stier. Dürfen. Haustier. Geol. 42(4), 499–528 (1994).

Google Scholar

Wendte, J., Stoakes, FA & Campbell, CV Zyklizität devonischer Schichten im Sedimentbecken Westkanadas. In: Devon-frühe Mississippi-Karbonate des Sedimentbeckens Westkanadas: Ein sequenzstratigraphisches Gerüst. J. Wendte (Hrsg.). Society of Economic Paleontologists and Mineralogists, Kurzkurs Nr. 28, S. 25–40 (1995).

Stoakes, FA Natur und Kontrolle der Schieferbeckenfüllung und ihre Auswirkung auf Riffwachstum und -ende: Oberdevonische Duvernay- und Ireton-Formationen in Alberta, Kanada. Stier. Dürfen. Haustier. Geol. 28(3), 345–410 (1980).

Google Scholar

Duvernay Reserves and Resources Report der Alberta Energy Regulator: Eine umfassende Analyse der wichtigsten flüssigkeitsreichen Schieferressource Albertas, Dezember 2016.

Knapp, LJ, McMillan, JM & Harris, NB Ein Ablagerungsmodell für organisch reiche Tonsteine der Duvernay-Formation. Sed. Geol. 347, 160–182 (2017).

Artikel CAS Google Scholar

Andrichuk, JM Stratigraphische Beweise für die tektonische und aktuelle Kontrolle der Riffsedimentation im oberen Devon, Duhamel-Gebiet, Alberta, Kanada. AAPG Bull. 45(5), 612–632 (1961).

Google Scholar

Harris, NB, McMillan, JM, Knapp, LJ & Mastalerz, M. Ansammlung organischer Substanz in der oberen devonischen Duvernay-Formation, Sedimentbecken im Westen Kanadas, aus sequenzstratigraphischer Analyse und geochemischen Proxies. Sed. Geol. 376, 185–203 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Hildred, GV, Ratcliffe, KT, Wright, AM, Zaitlin, BA & Wray, DS Chemostratigraphische Anwendungen auf fluvial eingeschnittene Tallandschaften mit geringer Akkommodation: Ein Beispiel aus der Lower Mannville Formation in Alberta, Kanada. J. Sedim. Res. 80(11), 1032–1045 (2010).

Artikel Google Scholar

Wedepohl, KH Umwelteinflüsse auf die chemische Zusammensetzung von Tonschiefern und Tonen. Physik. Chem. Erde 8, 307–333 (1971).

Artikel ADS Google Scholar

Pearce, TJ, Martin, JH, Cooper, D. & Wray, DS Chemostratigraphie von Sequenzen des oberen Karbons (Pennsylvanium) aus der südlichen Nordsee (Vereinigtes Königreich). Anwendung moderner stratigraphischer Techniken: Theorie und Fallgeschichten. SEPM-Spez. Publ. 94, 109–127 (2010).

Google Scholar

Adachi, M., Yamamoto, K. & Sugisaki, R. Hydrothermaler Hornstein und damit verbundene Kieselgesteine aus dem Nordpazifik und ihre geologische Bedeutung als Hinweis auf die Aktivität von Ozeanrücken. Sed. Geol. 47(1–2), 125–148 (1986).

Artikel CAS Google Scholar

Abercrombie, HJ, Hutcheon, IE, Bloch, JD & Caritat, PD Silica-Aktivität und die Smektit-Illit-Reaktion. Geology 22(6), 539–542 (1994).

2.3.CO;2" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1130%2F0091-7613%281994%29022%3C0539%3ASAATSI%3E2.3.CO%3B2" aria-label="Article reference 43" data-doi="10.1130/0091-7613(1994)0222.3.CO;2">Artikel ADS CAS Google Scholar

McLennan, SM Verwitterung und globale Entblößung. J. Geol. 101(2), 295–303 (1993).

Artikel ADS Google Scholar

Nesbitt, HW & Young, GM Bildung und Diagenese von Verwitterungsprofilen. J. Geol. 97(2), 129–147 (1989).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Fedo, CM, Wayne Nesbitt, H. & Young, GM Aufklärung der Auswirkungen von Kaliummetasomatismus in Sedimentgesteinen und Paläoböden mit Auswirkungen auf Paläoverwitterungsbedingungen und Herkunft. Geology 23(10), 921–924 (1995).

2.3.CO;2" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1130%2F0091-7613%281995%29023%3C0921%3AUTEOPM%3E2.3.CO%3B2" aria-label="Article reference 46" data-doi="10.1130/0091-7613(1995)0232.3.CO;2">Artikel ADS CAS Google Scholar

Nesbitt, HW & Young, GM Klima und Plattenbewegungen des frühen Proterozoikums, abgeleitet aus der Hauptelementchemie von Lutiten. Nature 299, 715–717 (1982).

Artikel ADS CAS Google Scholar

von Eynatten, H., Barceló-Vidal, C. & Pawlowsky-Glahn, V. Modellierung von Zusammensetzungsänderungen: Das Beispiel der chemischen Verwitterung von Granitgesteinen. Mathematik. Geol. 35(3), 231–251 (2003).

Artikel Google Scholar

Clark, RN & Rencz, AN Spektroskopie von Gesteinen und Mineralien und Prinzipien der Spektroskopie. Manual Remote Sens. 3(11), 3–58 (1999).

Google Scholar

Kump, LR & Arthur, MA Interpretation von Kohlenstoffisotopenexkursionen: Karbonate und organische Stoffe. Chem. Geol. 161(1–3), 181–198 (1999).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Holmden, C. et al. Kohlenstoffisotopen-Chemostratigraphie von Frasnian-Sequenzen in Westkanada. Saskatchewan Geol. Überleben. Zusammenfassung Investig. 1, 1–6 (2006).

Google Scholar

Pisarzowska, A. & Racki, G. Isotopische Chemostratigraphie über den Früh-Mittelfrasnium-Übergang (Spätdevon) auf dem südpolnischen Karbonatschelf: Eine Referenz für das globale punctata-Ereignis. Chem. Geol. 334, 199–220 (2012).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Racki, G. & Bultynck, P. Conodont-Biostratigraphie der Grenzbetten des mittleren bis oberen Devon im Kielce-Gebiet des Holy Cross Mts. Acta Geol. Pol. 44, 1–25 (1993).

Artikel Google Scholar

Ziegler and Sandberg. The Late Devonian standard conodont zonation CFS, Cour. Forschungsinst. Senckenberg, 121 (1990).

Klapper, G., Die Conodontenfolge des Montagne Noire Frasnium (Oberdevon). In McMillan, NJ, et al., Hrsg., Devonian of the World, Band III: Memoiren der Canadian Society of Petroleum Geologists 14, S. 449–468 (1988).

Jiao, X. et al. Gemischter biogener und hydrothermaler Quarz im permischen Seeschiefer des Santanghu-Beckens, Nordwestchina: Auswirkungen auf die zeitgleiche Umwandlung von Siliciumdioxidmineralien. Int. J. Earth Sci. 107(6), 1989–2009 (2018).

Artikel CAS Google Scholar

Peltonen, C., Marcussen, Ø., Bjørlykke, K. & Jahre, J. Tonmineraldiagenese und Quarzzementierung in Tonsteinen: Die Auswirkungen der Reaktion von Smektit zu Illit auf die Gesteinseigenschaften. März Haustier. Geol. 26(6), 887–898 (2009).

Artikel CAS Google Scholar

Pearce, TJ, Besly, BM, Wray, DS & Wright, DK Chemostratigraphie: Eine Methode zur Verbesserung der Interwell-Korrelation in kargen Sequenzen – eine Fallstudie unter Verwendung von Onshore-Duckman-/Stephan-Sequenzen (West Midlands, Großbritannien). Sed. Geol. 124(1–4), 197–220 (1999).

Artikel CAS Google Scholar

Calvert, SE & Pedersen, TF Kapitel vierzehn elementare Proxys für paläoklimatische und paläozeanographische Variabilität in Meeressedimenten: Interpretation und Anwendung. Entwickler Mar. Geol. 1, 567–644 (2007).

Google Scholar

Perri, F., Cirrincione, R., Critelli, S., Mazzoleni, P. & Pappalardo, A. Tonmineralansammlungen und Sandsteinzusammensetzungen der mesozoischen Longobucco-Gruppe im Nordosten Kalabriens: Auswirkungen auf die Bestattungsgeschichte und die diagenetische Entwicklung. Int. Geol. Rev. 50(12), 1116–1131 (2008).

Artikel Google Scholar

Johnson, JG, Klapper, G. & Sandberg, CA Devonische eustatische Schwankungen in Euramerika. Geol. Soc. Bin. Stier. 96(5), 567–587 (1985).

2.0.CO;2" data-track-action="article reference" href="https://doi.org/10.1130%2F0016-7606%281985%2996%3C567%3ADEFIE%3E2.0.CO%3B2" aria-label="Article reference 61" data-doi="10.1130/0016-7606(1985)962.0.CO;2">Artikel ADS Google Scholar

Warme, JE & Sandberg, CA Alamo-Megabrekzie: Aufzeichnung eines spätdevonischen Einschlags im Süden Nevadas. GSA Today 6(1), 1–7 (1996).

Google Scholar

Ernst, RE, Rodygin, SA & Grinev, OM Alterskorrelation großer magmatischer Provinzen mit biotischen Krisen im Devon. Globus. Planet. Änderung 185, 103097 (2020).

Artikel Google Scholar

Schiffbauer, JD et al. Entkopplung biogeochemischer Aufzeichnungen, Aussterben und Umweltveränderungen während des kambrischen SPICE-Ereignisses. Wissenschaft. Adv. 3(3), e1602158 (2017).

Artikel ADS Google Scholar

Duller, RA, Armitage, JJ, Manners, HR, Grimes, S. & Jones, TD Verzögerte sedimentäre Reaktion auf einen abrupten Klimawandel an der Paläozän-Eozän-Grenze, Nordspanien. Geology 47(2), 159–162 (2019).

Artikel ADS CAS Google Scholar

Referenzen herunterladen

Die Autoren möchten dem Core Research Center des Alberta Energy Regulator sowie John Pawlowicz und Dean Rokosh für ihre Unterstützung bei der Datenerfassung danken. Der MacEwan University wird außerdem für die Unterstützung dieser Arbeit durch ein Projektstipendium gedankt. Die Arbeit wurde auch vom Discovery Grant Program des Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (Grant Nos. RGPIN-2021-02785, RGPIN-2020-1506) durch Zuschüsse unterstützt, die Dr. Hilary Corlett und Benoit Rivard. Die Autoren möchten außerdem zwei anonymen Gutachtern und dem Redaktionsmitglied Dr. Di Yang danken, die sorgfältig durchdachte Vorschläge gemacht haben, die in dieses Manuskript eingeflossen sind und so die Gesamtqualität der Studie verbessert haben.

Abteilung für Geowissenschaften, Memorial University of Newfoundland and Labrador, St. John's, NL, A1B 3X5, Kanada

H. Corlett

Department of Earth and Atmospheric Sciences, University of Alberta, 1-26 Earth Sciences Building, Edmonton, AB, T6G 2E3, Kanada

J. Feng & B. Rivard

Alberta Geological Survey, Alberta Energy Regulator, Edmonton Regional Office 402, Twin Atria Building, 4999 - 98 Avenue, Edmonton, AB, T6B 2X3, Kanada

T. Spieler

Sie können diesen Autor auch in PubMed Google Scholar suchen

Der korrespondierende Autor war für die Konzeptualisierung, Methodik, Datenerfassung und -analyse sowie das Verfassen des Originalentwurfs verantwortlich. Die Autoren BR und JF waren für die Methodik, Datenerfassung, Analyse und Validierung sowie für das Verfassen des Originalentwurfs verantwortlich. Autor TP war für die Datenerfassung und Überprüfung des Originalentwurfs verantwortlich.

Korrespondenz mit H. Corlett.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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

Open Access Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die ursprünglichen Autor(en) und die Quelle angemessen angeben. Geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht gesetzlich zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen. Um eine Kopie dieser Lizenz anzuzeigen, besuchen Sie http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Nachdrucke und Genehmigungen

Corlett, H., Feng, J., Playter, T. et al. Kartierung von amorphem SiO2 in Devonschiefern und der mögliche Zusammenhang mit der Meeresproduktivität während der beginnenden Walddiversifizierung. Sci Rep 13, 1516 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-28542-y

Zitat herunterladen

Eingegangen: 29. Juli 2022

Angenommen: 19. Januar 2023

Veröffentlicht: 27. Januar 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-28542-y

Jeder, mit dem Sie den folgenden Link teilen, kann diesen Inhalt lesen:

Leider ist für diesen Artikel derzeit kein Link zum Teilen verfügbar.

Bereitgestellt von der Content-Sharing-Initiative Springer Nature SharedIt

Durch das Absenden eines Kommentars erklären Sie sich damit einverstanden, unsere Nutzungsbedingungen und Community-Richtlinien einzuhalten. Wenn Sie etwas als missbräuchlich empfinden oder etwas nicht unseren Bedingungen oder Richtlinien entspricht, kennzeichnen Sie es bitte als unangemessen.