stringtranslate.com

кремень Ганфлинт

Кремнистый сланец Ганфлинт (1,88 млрд лет [1] ) представляет собой последовательность полосчатых железистых пород, которые обнажаются в хребте Ганфлинт на севере Миннесоты и северо-западе Онтарио вдоль северного берега озера Верхнее . Кремнистый сланец Ганфлинт имеет палеонтологическое значение, так как содержит свидетельства микробной жизни из палеопротерозоя . [2] Кремнистый сланец Ганфлинт состоит из биогенных строматолитов . [3] На момент его открытия в 1950-х годах это была самая ранняя форма жизни, обнаруженная и описанная в научной литературе, а также самое раннее свидетельство фотосинтеза . [4] Черные слои в последовательности содержат микроископаемые возрастом от 1,9 до 2,3 миллиарда лет. В Онтарио обнаружены строматолитовые колонии цианобактерий , которые превратились в яшму . Полосчатая железная формация состоит из чередующихся пластов слоев , богатых оксидом железа, перемежающихся с зонами, богатыми кремнием . Оксиды железа обычно представляют собой гематит или магнетит с ильменитом , в то время как силикаты в основном представляют собой криптокристаллический кварц, такой как кремень или яшма , вместе с некоторыми второстепенными силикатными минералами.

Gunflint Iron Formation (выявленная как Gunflint Range ) охватывает северо-запад Онтарио и северную Миннесоту вдоль берегов озера Верхнее. Типовое местонахождение Gunflint Iron Formation находится в Шрайбере, Онтарио, недалеко от Тандер-Бей озера Верхнее . [5]

Геолог Стэнли А. Тайлер впервые исследовал этот район в 1953 году и заметил его красноватые строматолиты. Он также взял образцы угольно-черного слоя кремня, который при петрографическом наблюдении выявил несколько похожих на живые маленьких сфер, стержней и нитей размером менее 10 микрометров . Элсо Баргхорн , палеоботаник из Гарварда , впоследствии изучил эти же образцы и пришел к выводу, что «они действительно были структурно сохранившимися одноклеточными организмами ». [6] В 1965 году двое ученых опубликовали свое знаменательное открытие и назвали первую разновидность флоры Ганфлинта . [2] Это создало академическую «панику» по исследованию докембрийских микроископаемых из схожих протерозойских сред. Хотя с тех пор были описаны более старые микроископаемые, микрофауна Ганфлинта является историческим геологическим открытием и остается одним из самых надежных и разнообразных микрофаунистических ископаемых из докембрия.

Стратиграфия

Формация Gunflint Iron представляет собой полосчатую железистую формацию , состоящую преимущественно из плотных слоев кремня и сланца, перемежающихся слоями анкерита и карбоната . Слои кремня можно подразделить на черные слои (содержащие органический материал и пирит ), красные слои (содержащие гематит ) и зеленые слои (содержащие сидерит ). [5] Формация Gunflint Iron принадлежит к группе Animike и может быть разбита на четыре стратиграфических раздела : нижний кремнистый, нижний сланцевый, верхний кремнистый и верхний сланцевый. [7] Микроископаемые можно найти в слоях строматолитового кремня, состоящих из цианобактерий , водорослевых нитей, спороподобных сфероидов и богатых органикой ооидов .

История

Геолог Стэнли А. Тайлер впервые исследовал хребет Ганфлинт в 1953 году и наблюдал красно-железистые полосчатые образования и черный кремень, отметив вероятные строматолиты , хотя он не публиковал свои наблюдения в течение еще одного десятилетия. AM Goodwin позже исследовал геологические фации железной формации Ганфлинт в 1956 году, что привело к одной из первых научных публикаций о регионе, [5] но его отчет лишен какого-либо упоминания о микроскопической жизни. Первые публикации, отмечающие геобиологическое значение кремня Ганфлинт, появились в 1965 году, когда в выдающемся журнале Science были опубликованы две научные статьи, освещающие микрофауну Ганфлинт . Этими статьями были « Микроорганизмы из кремня Ганфлинт» Стэнли Тайлера и Элсо Баргхорна [2] и «Значение микрофлоры Ганфлинт ( докембрийского периода )» Престона Клауда (Калифорнийский университет в Санта-Барбаре) [4] . Хотя обе статьи были опубликованы почти в одно и то же время, они стали знаковыми публикациями, в которых была представлена ​​идея о жизни, возникшей в докембрии. Каждая статья имела заметно отличающуюся направленность: в то время как Баргхорн и Тайлер стремились охарактеризовать отдельные микроорганизмы, которые составляют кремень Ганфлинт, с таксономической и морфологической точки зрения, Клауд сосредоточился на более масштабном значении перспективы существования жизни в докембрийский период и ее последствиях для области докембрийской палеонтологии . Публикация этих двух основополагающих статей открыла шлюзы для широкого спектра палеонтологических и геохимических исследований с целью изучения докембрийских микроископаемых из схожих протерозойских сред.

Возраст

Микрофауна кремнистых отложений Ганфлинт имеет возраст от среднего до позднего палеопротерозоя (приблизительно 1,878 млрд лет ± 1,3 млн лет , как определено с помощью методов датирования по урану и свинцу ). [1] Этот возраст колебался по мере того, как методы датирования становились все более точными и четкими. Первоначальное датирование всей породы по рубидию-стронцию и калию-аргону определило возраст железной формации Ганфлинт в 1,56-163 млрд лет . [8] [9] [10] [11] Позднее датирование всей породы неодимом-самарием дало возраст между 2,08 и 2,11 млрд лет. [12] [13] Наконец, датирование переслаивающихся слоев пепла в пределах железной формации Ганфлинт дало возраст между 1,86 и 1,99 млрд лет, [14] что наиболее похоже на текущий консенсусный возраст 1,878 млрд лет ± 1,3 млн лет. Во время открытия кремнистых отложений Ганфлинт древнейшим известным свидетельством жизни была эдиакарская фауна (635-541 млн лет), [15] позднедокембрийская ассоциация, возраст которой менее половины возраста микроорганизмов Ганфлинт.

Разнообразие микрофауны

Наиболее распространенными организмами в Ганфлинт являются нити , обнаруженные в строматолитовых тканях, и обычно имеют диаметр от 0,5 до 6,0 мкм и длину до нескольких сотен микрометров . [3] Микрофауну Ганфлинт можно разделить на две большие категории: нити и сфероиды . В новаторской статье Баргхорна и Тайлера 1965 года из кремнистого сланца Ганфлинт были обнаружены три новых рода и четыре новых вида нитчатых цианобактерий . [2] С тех пор были идентифицированы различные новые роды и виды, некоторые из которых названы в честь Баргхорна, Тайлера и Клауда в знак признания их раннего вклада в определение микробных сообществ Ганфлинта . [3] [7] [16] [17]  

Нитчатые микроорганизмы

Нитчатые микроорганизмы в пределах Gunflint Chert представляют собой смешанную популяцию фотосинтетических цианобактерий и бактерий, окисляющих железо . В масштабе обнажения нитчатые цианобактерии Gunflint образуют метровые строматолитовые купола, которые различимы вдоль стратиграфического разреза Gunflint Iron Formation . Примерами недавно идентифицированных нитчатых родов и видов в пределах Gunflint Chert являются род Gunflintia и виды Animikiea septate , Entosphaeroides amplus и Archaeorestis schreiberensis . [2]

Сфероидальные микроорганизмы

Сфероидальные спороподобные тела в Gunflint Chert неравномерно распределены по всей Gunflint Iron Formation и имеют диаметр от 1 до 16 мкм . Сфероидальные тела имеют морфологию от сферической до эллипсоидальной. Обычно они заключены в мембрану, толщина стенки и морфология которой могут различаться. Предполагается, что сфероидальные тела могут быть различными, например, одноклеточными цианобактериями , эндогенно продуцируемыми эндоспорами бактериального происхождения, свободноплавающими динофлагеллятами и спорами грибов . [2] Примерами недавно идентифицированных сфероидальных родов и видов в Gunflint Chert являются роды Huroniospora и Eoasatrion , а также вид Eosphaera tyleri . [3] [17]

Сохранение микрофауны

Различные преобладающие тафономические модели были предложены в качестве механизмов исключительной сохранности микрофауны Ганфлинтского кремня . Примерами этих тафономических моделей являются сохранение органических остатков, мелкозернистая пиритизация , крупнозернистая пиритизация, карбонатная ассоциация и сохранение гематита . [2] При сохранении органических остатков пленка светло-коричневого или темно-коричневого органического материала очерчивает микроорганизмы , действуя как пятно и сохраняя нити, спороподобные тела и карбонатные ромбы внутри кремня . Мелкозернистая пиритизация является наиболее распространенным типом сохранения в Ганфлинтских кремнях, при котором ассоциация мелкозернистого ( микрометрового масштаба) пирита с органическим веществом сохраняет морфологию нитевидных и сфероидальных микроорганизмов. [18] Крупнозернистая пиритизация происходит, когда минералы пирита миллиметрового масштаба заменяют органическое вещество в кремнях, сохраняя морфологию микроорганизмов. В карбонатной ассоциации нити, спороподобные тела и другие органические структуры могут сохраняться за счет карбонатной минерализации (<1 мкм в диаметре), внедренной в кремнистую матрицу . [18] Карбонатные минералы могут образовываться в виде непрерывных тел или в виде серии линз, очерчивающих нитевидные остатки цианобактерий. Карбонатная минерализация часто наблюдается вслед за кристаллами пирита. Сохранение гематита является менее распространенным тафономическим режимом, но иногда встречается на границе между черными строматолитовыми кремнями и красной яшмой . В этом методе сохранения нити гематита <1 мкм в диаметре покрывают (и иногда заменяют) нитевидные окаменелости и часто очерчиваются углеродистыми пленками и зернами пирита. [16] В результате замечательной сохранности микроорганизмов с учетом тафономических режимов, описанных выше, Ганфлинтский кремень иногда описывается как первый докембрийский лагерштетт или исключительно сохранившееся ископаемое сообщество. [19]

Значимость и палеоэкологические последствия

В 1950-х и 1960-х годах состояние докембрийской атмосферы не было хорошо охарактеризовано. Открытие микробиоты Ганфлинт показало, что фотосинтез (или древняя автотрофная предшественница) происходил 1,8 миллиарда лет назад, и что атмосфера была достаточно насыщена кислородом, чтобы поддерживать микробную жизнь. [4] Минералогия железистых пластов Ганфлинт показывает сложную взаимосвязь между этими окислительно-восстановительными условиями по всей формации Ганфлинт. [4] Множество видов железа в формации Ганфлинт свидетельствуют о сильно окислительной атмосфере с некоторыми локализованными восстановительными условиями, которые допускали транспортировку больших количеств железа в растворимом двухвалентном состоянии. [4]

Хотя микрофауна Ганфлинта больше не является старейшей жизнью, обнаруженной на Земле, на момент открытия она отодвинула предполагаемый возраст фотосинтеза и начало границы жизни более чем на миллиард лет. Это открытие побудило поколения палеонтологов и геомикробиологов задуматься о древних условиях атмосферного кислорода и окислительно-восстановительных состояниях, а также продолжить поиски более древней микробной жизни.

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Fralick, P., David, DW и Kissin, Stephen A. (2002). «Возраст формации Ганфлинт, Онтарио, Канада: определения возраста U–Pb по одному циркону». Canadian Journal of Earth Sciences . 39 (7): 1085–1091. doi :10.1139/E02-028.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  2. ^ abcdefg Баргхорн, ES и Тайлер, SA, 1965: Микроорганизмы из Ганфлинтского кремня . Наука, т.  147, стр.  563–577.
  3. ^ abcd Awramik, Stanley M.; Barghoorn, Elso S. (август 1977 г.). «Микробиота Ганфлинта». Precambrian Research . 5 (2): 121–142. Bibcode : 1977PreR....5..121A. doi : 10.1016/0301-9268(77)90025-0. ISSN  0301-9268.
  4. ^ abcde Cloud, PE (1965-04-02). "Значение микрофлоры Ганфлинта (докембрия): фотосинтетический кислород мог иметь важные локальные эффекты, прежде чем стать основным атмосферным газом". Science . 148 (3666): 27–35. doi :10.1126/science.148.3666.27. ISSN  0036-8075. PMID  17773767. S2CID  37713079.
  5. ^ abc Goodwin, Alan Murray (1956-09-01). "Фациальные отношения в железной формации Ганфлинт [Онтарио]". Economic Geology . 51 (6): 565–595. doi :10.2113/gsecongeo.51.6.565. ISSN  1554-0774.
  6. ^ Прошлые жизни: Хроники канадской палеонтологии "GSC :: Прошлые жизни: Хроники канадской палеонтологии - 5. Ганфлинтский чертополох". Архивировано из оригинала 2005-06-12 . Получено 2005-06-12 .
  7. ^ ab Planavsky, Noah; Rouxel, Olivier; Bekker, Андрей; Shapiro, Russell; Fralick, Phil; Knudsen, Andrew (август 2009 г.). «Микробные экосистемы, окисляющие железо, процветали в позднепалеопротерозойских окислительно-восстановительно-стратифицированных океанах». Earth and Planetary Science Letters . 286 (1–2): 230–242. Bibcode : 2009E&PSL.286..230P. doi : 10.1016/j.epsl.2009.06.033. ISSN  0012-821X.
  8. ^ Hurley, PM; Fairbairn, HW; Pinson, WH; Hower, J. (июль 1962 г.). «Неметаморфизованные минералы в формации Ганфлинт, используемые для проверки возраста Анимики». The Journal of Geology . 70 (4): 489–492. Bibcode : 1962JG.....70..489H. doi : 10.1086/626839. ISSN  0022-1376. S2CID  140697996.
  9. ^ PETERMAN, ZELL E. (1966). "Rb-Sr датирование метаосадочных пород среднего докембрия Миннесоты". Бюллетень Геологического общества Америки . 77 (10): 1031. Bibcode : 1966GSAB...77.1031P. doi : 10.1130/0016-7606(1966)77[1031:rdompm]2.0.co;2. ISSN  0016-7606.
  10. ^ FAURE, GUNTER; KOVACH, JACK (1969). "Возраст железной формации Gunflint серии Animikie в Онтарио, Канада". Бюллетень Геологического общества Америки . 80 (9): 1725. Bibcode : 1969GSAB...80.1725F. doi : 10.1130/0016-7606(1969)80[1725:taotgi]2.0.co;2. ISSN  0016-7606.
  11. ^ Франклин, Дж. М. (1978). "Урановая минерализация в районе Нипигон, округ Тандер-Бей, Онтарио". doi : 10.4095/103901 . {{cite journal}}: Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  12. ^ Стилле, П; Клауэр, Н. (июнь 1986 г.). «Sm-Nd изохронный возраст и происхождение аргиллитов формации Gunflint Iron в Онтарио, Канада». Geochimica et Cosmochimica Acta . 50 (6): 1141–1146. Бибкод : 1986GeCoA..50.1141S. дои : 10.1016/0016-7037(86)90395-9. ISSN  0016-7037.
  13. ^ Крёнер, Альфред (1988). «Протерозойская литосферная эволюция». Eos, Transactions American Geophysical Union . 69 (16): 244–246. Bibcode : 1988EOSTr..69..244K. doi : 10.1029/88eo00138. ISSN  0096-3941.
  14. ^ Хемминг, SR ; МакЛеннан, SM; Хансон, GN (март 1995 г.). «Геохимические и Nd/Pb изотопные свидетельства происхождения раннепротерозойской формации Вирджиния, Миннесота. Последствия для тектонической обстановки бассейна Анимики». The Journal of Geology . 103 (2): 147–168. Bibcode : 1995JG....103..147H. doi : 10.1086/629733. ISSN  0022-1376. S2CID  129538570.
  15. ^ ГЛАССНЕР, МАРТИН Ф. (1971). «Географическое распределение и временной диапазон докембрийской фауны Эдиакары». Бюллетень Геологического общества Америки . 82 (2): 509. Bibcode : 1971GSAB...82..509G. doi : 10.1130/0016-7606(1971)82[509:gdatro]2.0.co;2. ISSN  0016-7606.
  16. ^ ab Шапиро, RS; Конхаузер, KO (2015-02-02). «Микроископаемые, покрытые гематитом: первичный экологический отпечаток или тафономическая странность палеопротерозоя?». Geobiology . 13 (3): 209–224. CiteSeerX 10.1.1.705.23 . doi :10.1111/gbi.12127. ISSN  1472-4677. PMID  25639940. S2CID  205140142. 
  17. ^ ab Kaźmierczak, J. (июнь 1979 г.). «Эукариотическая природа железистых структур, подобных Eosphaera, из докембрийской железной формации Gunflint, Канада: сравнительное исследование». Precambrian Research . 9 (1–2): 1–22. Bibcode : 1979PreR....9....1K. doi : 10.1016/0301-9268(79)90048-2. ISSN  0301-9268.
  18. ^ ab Wacey, D.; McLoughlin, N.; Kilburn, MR; Saunders, M.; Cliff, JB; Kong, C.; Barley, ME; Brasier, MD (2013-04-29). «Анализ наномасштабных пиритизированных микроископаемых выявляет дифференциальное гетеротрофное потребление в кремне Ганфлинт возрастом 1,9 млрд лет». Труды Национальной академии наук . 110 (20): 8020–8024. Bibcode : 2013PNAS..110.8020W. doi : 10.1073/pnas.1221965110 . ISSN  0027-8424. PMC 3657779. PMID 23630257  . 
  19. ^ Палмер, Дуглас (2008-06-24). "JR Nudds & PA Selden 2008. Ископаемые экосистемы Северной Америки. Путеводитель по местам и их необычайной биоте. 288 стр. Лондон: Manson Publishing (издано в США издательством University of Chicago Press). £24.95 (мягкая обложка). ISBN 9781 84076 088 0". Geological Magazine . 145 (4): 598–599. Bibcode : 2008GeoM..145..598P. doi : 10.1017/s0016756808004718. ISSN  0016-7568.