海洋性炭酸塩工場の進化

Oct 09, 2023

Nature volume 615、pages 265–269 (2023)この記事を引用

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炭酸カルシウムの形成は、炭素が海洋-大気系から固体の地球に戻る主な経路です1,2。 炭酸塩鉱物の沈殿による海水からの溶存無機炭素の除去（海洋炭酸塩工場）は、海洋生物地球化学循環の形成において重要な役割を果たしています1,2。 経験的な制約が不足しているため、海洋炭酸塩工場が時間の経過とともにどのように変化したかについて、大きく異なる見解が生じています3、4、5。 ここで我々は、ストロンチウム安定同位体からの地球化学的洞察を利用して、海洋炭酸塩工場と炭酸塩鉱物の飽和状態の進化に関する新たな視点を提供します。 海洋表層および浅い海底環境での炭酸塩の生成は、地球の歴史のほとんどにおいて主要な炭酸塩吸収源であると広く考えられてきたが6、我々は、間隙水での自生炭酸塩の生成などの代替プロセスが主要な炭酸塩の沈下源であった可能性があると提案する。炭酸塩は先カンブリア紀全体に沈みます。 我々の結果はまた、骨格炭酸塩工場の出現により海水の炭酸塩飽和状態が減少したことを示唆している。

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イェール・ピーボディ博物館とウッズホール海洋研究所のコレクションへのアクセスを促進し、サンプルの選択を支援してくれたS. Nicolescu、B. Kalderon-Asael、Y. Wangに感謝します。 D. Asael は MC-ICP-MS メソッドの開発を支援してくれました。 ハーメルンプールのストロマトライトサンプルへのアクセスについてはRP ReidとEP Suosaari。 S. Ye 氏、Macrostrat データベースについて支援していただきました。 有益な議論をしていただいた D. Schrag、M. Arthur、K. Bergmann、Z. Zhang、Y. Cui。 この研究は、JW への Agouron 地球生物学博士研究員フェローシップと、NJP への米国航空宇宙局宇宙生物学研究のための学際的コンソーシアム助成金 (NNA15BB03A) によって支援されています。

イェール大学地球惑星科学科、ニューヘブン、コネチカット州、米国

王九源、リディア・G・ターハン、ノア・J・プラナフスキー

ノースウェスタン大学地球惑星科学部、米国イリノイ州エバンストン

アンドリュー・D・ジェイコブソン

マイアミ大学ローゼンスティール海洋大気地球科学大学院、マイアミ、フロリダ州、米国

アマンダ・M・オーレルト

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JW、LGT、NJP がこの研究を発案し、資金を獲得しました。 JW、LGT、ADJ、NJP が方法論を開発しました。 JW は質量分析を実施しました。 JW と LGT は統計分析を実施しました。 JW と LGT は、ADJ、AMO、NJP からの意見を得て論文を執筆しました。JW、LGT、ADJ、AMO、NJP はすべて、結果の解釈と原稿の編集に貢献しました。

Jiuyuan Wang または Lydia G. Tarhan との通信。

著者らは競合する利害関係を宣言していません。

Nature は、この研究の査読に貢献してくれた Adina Paytan と他の匿名の査読者に感謝します。

発行者注記 Springer Nature は、発行された地図および所属機関の管轄権の主張に関して中立を保っています。

a、海洋方解石およびドロマイトで測定されたδ88/86Sr値の概要。 この研究からの新しいデータ (n = 139) は、同じサンプルから生成された対応する放射性 Sr 同位体比 (87Sr/86Sr) を示すために等高線で示されています。 ダイヤモンド、ドロマイト。 ×、87Sr/86Sr比が異常に高い方解石。 エラーバーは、δ88/86Sr の長期外部再現性を表します (2σSD = ±0.03``、n = 273)。 紫色の×印は、同じサンプルの重複測定を示します（重複戦略の説明については「方法」を参照）。 金色の線は、バルクケイ酸塩土 (0.27 パーセント) の δ88/86Sr 値を示しています27。 青い破線は、現代の海洋炭酸塩63のδ88/86Sr値を表しています。 他の記号は、他の研究から発表されたデータを表します (n = 299、「方法」を参照): ピンクの四角、非骨格炭酸塩。 灰色の格子状の正方形、キャップカーボネート。 灰色の三角形、バルク骨格方解石。 灰色の十字架、ベレムナイト。 灰色の逆三角形、腕足類。 b、海洋性炭酸塩 87Sr/86Sr 比。 この研究からの新しいデータは、色付きの記号で示されています: 円、方解石。 ダイヤモンド、ドロマイト。 ×、87Sr/86Sr比が異常に高い方解石。 灰色の円は、先カンブリア紀の炭酸塩 87Sr/86Sr の記録 (n = 1,494) を表します。 破線の曲線は、先カンブリア紀の 87Sr/86Sr 比の下位 10% の LOESS フィットを示し 23、実線の曲線は、顕生代 87Sr/86Sr の記録の LOESS フィットを示します 64。

a, 測定された先カンブリア紀の方解石 (赤色) とドロマイト (黄色) の δ88/86Sr 値。 b、ブートストラップで再サンプリングされた (n = 10,000) 先カンブリア紀の方解石 (赤) とドロマイト (黄) の δ88/86Sr 値。 先カンブリア紀の方解石とドロマイトのすべてのδ88/86Sr 値はこの研究によるものです。 紫と緑の曲線は、先カンブリア紀の方解石 (紫、n = 72) とドロマイト (緑、n = 43) における δ88/86Sr の密度分布を表しています。

a, 分析されたすべてのドロマイトの安定同位体と放射性 Sr 同位体の関係 (n = 43)。 SMA 回帰モデルでは、R2 = 0.223 および P = 0.001 が得られます。 b. このデータセットからのあまり変化のないドロマイトサンプル、つまりエディアカラ海水の推定値である 0.708 未満の 87Sr/86Sr 値によって特徴付けられるサンプルの安定した放射性 Sr 同位体値。

a、δ88/86Sr 対 CaCO3 重量パーセント (wt%)。 化学量論的 CaCO3 を仮定してカルシウム含有量を使用して計算された炭酸塩重量%。 b、δ88/86Sr 対 Sr 含有量。 c、δ88/86Sr対Mn/Sr。 d、δ88/86Sr対Rb含有量。 e、δ88/86Sr対Ti含有量。 f、δ88/86Sr 対 Pb 含有量。 δ88/86Sr 値は、NIST 987 に正規化して `` で与えられます。 特に明記されていない限り、すべての元素濃度は ppm 単位です。 SMA 回帰モデルを使用して、各相関関係の統計的有意性を評価しました。 R2 値と P 値は各パネルの上部にリストされています。 有意水準 0.01 では統計的相関は観察されません。

箱ひげ図では、中心線はデータの中央値 (50 パーセンタイル) を表し、箱の限界は上位四分位数と下位四分位数 (75 パーセンタイルと 25 パーセンタイル) を表し、ひげは四分位範囲の 1.5 倍を表し、空白の点は外れ値を表し、色付きの点は を表します。すべてのデータ。 これらのデータは、先カンブリア紀の方解石を特徴づける顕著に高いδ88/86Sr 値は、炭酸塩沈殿の微生物経路と非微生物経路の違いに起因するものではなく、同様に、先カンブリア時代の高いδ88/86Sr 値とそれほど高くない顕生代のδ88/86Sr 値の間のシフトも考えられないことを示しています。これは、炭酸塩沈殿の骨格経路と非骨格経路の違いに起因することが容易に考えられます。 最新のδ88/86Sr の記録は、Stevenson et al.20 (骨格 n = 10) およびこの研究 (微生物 n = 5、非骨格、非微生物 n = 8) によるものです。 ペルム紀から三畳紀のδ88/86Sr 記録 (骨格 n = 6; 微生物 n = 8; 非骨格、非微生物 n = 20) は Wang et al.24 による。 先カンブリア紀の方解石 (微生物方解石 n = 12; 非骨格、非微生物方解石 n = 47) およびドロマイト (微生物ドロマイト n = 6; 非骨格、非微生物ドロマイト n = 37) δ88/86Sr の記録は次のとおりです。勉強。

このファイルには、補足説明、補足参考文献、および補足図が含まれています。 1と2。

分析された先カンブリア時代の炭酸塩サンプルの説明と地球化学。

分析された現代および古第三紀の炭酸塩サンプルの説明と Sr 同位体比。

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転載と許可

Wang、J.、Tarhan、LG、Jacobson、AD 他。 海洋性炭酸塩工場の進化。 Nature 615、265–269 (2023)。 https://doi.org/10.1038/s41586-022-05654-5

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公開日: 2023 年 2 月 22 日

発行日: 2023 年 3 月 9 日

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