stringtranslate.com

Оружейный кремень

Кремень Ганфлинта (1,88 млрд лет [1] ) представляет собой последовательность полосчатых железных пород , которые обнажаются в хребте Ганфлинт на севере Миннесоты и на северо-западе Онтарио вдоль северного берега озера Верхнее . Gunflint Chert имеет палеонтологическое значение , поскольку содержит свидетельства микробной жизни палеопротерозоя . [2] Gunflint Chert состоит из биогенных строматолитов . [3] На момент 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 последовательности содержат микроокаменелости возрастом от 1,9 до 2,3 миллиардов лет. Строматолитовые колонии цианобактерий , превратившихся в яшму, обнаружены в Онтарио. Полосчатая формация железняка состоит из чередующихся пластов слоев , богатых оксидом железа , переслаивающихся с зонами, богатыми кремнеземом . Оксиды железа обычно представляют собой гематит или магнетит с ильменитом , тогда как силикаты представляют собой преимущественно скрытокристаллический кварц в виде кремня или яшмы , а также некоторые незначительные силикатные минералы.

Формация Gunflint Iron (обнаженная как Gunflint Range ) простирается на северо-запад Онтарио и северную Миннесоту вдоль берегов озера Верхнее. Типовая местность формации Gunflint Iron Formation находится в Шрайбере, Онтарио, недалеко от Тандер-Бей на озере Верхнее . [5]

Геолог Стэнли А. Тайлер впервые исследовал этот район в 1953 году и заметил там красные строматолиты. Он также взял образец угольно-черного слоя кремня, который при петрографическом наблюдении выявил несколько реалистичных 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 два учёных опубликовали свою историческую находку и назвали первую разновидность флоры Ганфлинта . [2] Это создало академическую «давку» для изучения докембрийских микроокаменелостей из аналогичных 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 комплексов ископаемых микрофауны докембрия.

Стратиграфия

Формация Gunflint Iron представляет собой полосчатую железную формацию , состоящую преимущественно из плотных слоев кремня и сланца , прослоев карбонатных слоев анкерита . Слои кремня можно разделить на черные слои (содержащие органический материал и пирит ), красные слои (содержащие гематит ) и зеленые слои (содержащие сидерит ). [5] Формация Ганфлинт-Айрон принадлежит к группе Анимике и может быть разбита на четыре стратиграфических секции : секции Нижнего Черти, Нижнего Слати, Верхнего Черти и Верхнего Слати. [7] Микрофоссилии можно найти в слоях строматолитовых кремней, состоящих из цианобактерий , нитей водорослей, спороподобных сфероидов и богатых органическими веществами ооидов .

История

Геолог Стэнли А. Тайлер впервые исследовал хребет Ганфлинт в 1953 году и заметил образования с красными железными полосами и черный кремень, отметив вероятные строматолиты , хотя он не собирался публиковать свои наблюдения еще десять лет. Позже А. М. Гудвин исследовал геологические фации формации Ганфлинт-Айрон в 1956 году, что привело к одной из первых научных публикаций по этому региону [5] , но его отчет лишен какого-либо упоминания о микроскопической жизни. Первые публикации, отмечающие геобиологическое значение Gunflint Chert, появились в 1965 году, когда в известном журнале Science были опубликованы две научные статьи, освещающие микрофауну Gunflint . Этими статьями были « Микроорганизмы из Gunflint Chert» Стэнли Тайлера и Элсо Баргхорна [2] и «Значение микрофлоры Gunflint ( докембрия )» Престона Клауда (Калифорнийский университет в Санта-Барбаре) . [4] Хотя обе статьи были опубликованы почти в одно и то же время, они послужили знаковыми публикациями, раскрывающими идею жизни, возникшей в докембрии. Каждая статья имела совершенно разные фокусы: в то время как Баргхорн и Тайлер стремились охарактеризовать отдельные микроорганизмы, составляющие кремень Ганфлинта, с таксономической и морфологической точки зрения, Клауд сосредоточился на более крупномасштабном значении перспективы существования жизни в докембрийский период и ее последствиях. в области палеонтологии докембрия . Публикация этих двух основополагающих статей открыла шлюзы для широкого спектра палеонтологических и геохимических исследований по изучению докембрийских микроокаменелостей из аналогичных протерозойских сред.

Возраст

Микрофауна гунфлинтских кремней имеет возраст от среднего до позднего палеопротерозоя (приблизительно 1,878 млрд лет ± 1,3 млн лет , как определено методами уран-свинцового датирования ). [1] Этот возраст менялся по мере того, как методы датирования становились все более точными и точными. Первоначальное датирование цельных пород рубидием-стронцием и калием-аргоном определило возраст формации Gunflint Iron Formation в 1,56-163 млрд лет назад . [8] [9] [10] [11] Датирование цельных пород неодимом и самарием позже определило возраст между 2,08 и 2,11 млрд лет назад. [12] [13] Наконец, датирование переслаивающихся слоев пепла в формации Gunflint Iron дало возраст между 1,86 и 1,99 млрд лет [14] , которые наиболее близки к современному консенсусному возрасту 1,878 млрд лет ± 1,3 млн лет назад. На момент открытия Gunflint Chert самым старым известным свидетельством жизни была эдиакарская фауна (635-541 млн лет назад), [15] позднедокембрийский комплекс, менее чем вдвое моложе микроорганизмов Gunflint.

Разнообразие микрофауны

Наиболее распространенными организмами в Ганфлинте являются нити , обнаруженные в строматолитовых тканях, их диаметр обычно составляет 0,5-6,0 мкм , а длина - до нескольких сотен микрон . [3] Микрофауну Gunflint можно разделить на две большие категории: нити и сфероиды . В новаторской статье Баргхорна и Тайлера 1965 года было обнаружено три новых рода и четыре новых вида нитчатых цианобактерий из кремня Ганфлинта. [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 комплексов Ганфлинта . [3] [7] [16] [17]  

Нитчатые микроорганизмы

Нитчатые микроорганизмы Gunflint Chert представляют собой смешанную популяцию фотосинтезирующих цианобактерий и железоокисляющих бактерий . В масштабе обнажения нитчатые цианобактерии Gunflint образуют строматолитовые купола метрового масштаба, которые различимы вдоль стратиграфического разреза Gunflint Iron Formation . Примеры недавно выявленных нитчатых родов и видов в пределах Gunflint Chert включают род Gunflintia и виды Animikiea septate , Entosphaeroides amplus и Archaeorestis schreiberensis . [2]

Сфероидальные микроорганизмы

Сфероидальные спороподобные тела в Ганфлинт- Черте встречаются неравномерно распределенными по всей формации Ганфлинт-Айрон и имеют диаметр от 1 до 16 мкм . Сфероидальные тела имеют морфологию от сферической до эллипсоидной . Обычно они заключены в мембрану, толщина стенок которой и морфология могут различаться. Было высказано предположение, что сфероидальные тельца представляют собой различные объекты, такие как одноклеточные цианобактерии , эндогенно образующиеся эндоспоры бактериального происхождения , свободно плавающие динофлагелляты и споры грибов . [2] Примеры недавно выявленных сфероидальных родов и видов в Gunflint Chert включают роды Huroniospora и Eoasatrion , а также виды Eosphaera tyleri . [3] [17]

Сохранение микрофауны

Различные преобладающие тафономические модели были предложены в качестве механизмов исключительного сохранения микрофауны Ганфлинт- Черт . Примеры этих тафономических моделей включают сохранение органических остатков, мелкозернистую пиритизацию , крупнозернистую пиритизацию, карбонатную ассоциацию и сохранение гематита . [2] При сохранении органических остатков пленка из органического материала от светло- до темно-коричневого цвета выделяет микроорганизмы , действуя как пятно и сохраняя нити, спорообразные тела и карбонатные ромбы внутри кремня . Мелкозернистая пиритизация — наиболее распространенный тип консервации в Ганфлинтских кремнях, при котором ассоциация мелкозернистого ( микрометрового масштаба) пирита с органическим веществом сохраняет морфологию нитчатых и сфероидальных микроорганизмов. [18] Крупнозернистая пиритизация происходит, когда минералы пирита миллиметрового масштаба заменяют органическое вещество в кремнях, сохраняя морфологию микроорганизмов. В карбонатной ассоциации нити, спорообразные тела и другие органические структуры могут сохраняться за счет карбонатной минерализации ( диаметром менее 1 мкм ), заключенной в кремнистой матрице . [18] Карбонатные минералы могут образовывать сплошные тела или серию линз, очерчивающих нитчатые остатки цианобактерий. Карбонатная минерализация часто наблюдается за кристаллами пирита. Сохранение гематита является менее распространенным тафономическим способом, но иногда его можно обнаружить на границе между черными строматолитовыми кремнями и красной яшмой . В этом методе консервации нити гематита диаметром <1 мкм заключают в себе (а иногда и заменяют) нитевидные окаменелости и часто очерчены углеродистыми пленками и зернами пирита. [16] В результате замечательной сохранности микроорганизмов с учетом тафономических режимов, описанных выше, Gunflint Chert иногда называют первым докембрийским lagerstätte , или исключительно сохранившимся ископаемым комплексом. [19]

Значение и палеоэкологические последствия

В 1950-е и 1960-е годы состояние докембрийской атмосферы не было хорошо охарактеризовано. Открытие микробиоты Ганфлинта показало, что фотосинтез (или древний автотрофный предшественник) происходил 1,8 миллиарда лет назад и что атмосфера была достаточно насыщена кислородом для поддержания микробной жизни. [4] Минералогия формации полосчатого железа Ганфлинт показывает сложную взаимосвязь между этими окислительно-восстановительными условиями на всей территории формации Ганфлинт. [4] Множество видов железа в формации Ганфлинт свидетельствуют о высокоокислительной атмосфере с некоторыми локализованными восстановительными условиями, которые позволяли транспортировать большие количества железа в растворимом двухвалентном состоянии. [4]

Хотя микрофауна Ганфлинта больше не представляет собой старейшую жизнь, обнаруженную на Земле, на момент открытия она отодвинула предполагаемый возраст фотосинтеза и границу происхождения жизни более чем на один миллиард лет. Это открытие побудило поколения палеонтологов и геомикробиологов задуматься о состоянии кислорода в древней атмосфере и окислительно-восстановительных состояниях, а также продолжить поиск древней микробной жизни.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ abc Фралик, П., Дэвид, Д.В. и Киссин, Стивен А. (2002). «Возраст формации Ганфлинт, Онтарио, Канада: определение возраста U – Pb отдельных цирконов». Канадский журнал наук о Земле . 39 (7): 1085–1091. дои : 10.1139/E02-028.{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  2. ^ abcdefg Баргхорн, Э.С. и Тайлер, С.А., 1965: Микроорганизмы из Gunflint Chert . Наука, том.  147, с.  563–577.
  3. ^ abcd Аврамик, Стэнли М.; Баргхорн, Элсо С. (август 1977 г.). «Микробиота Ганфлинта». Докембрийские исследования . 5 (2): 121–142. Бибкод : 1977PreR....5..121A. дои : 10.1016/0301-9268(77)90025-0. ISSN  0301-9268.
  4. ^ abcde Cloud, PE (2 апреля 1965 г.). «Значение микрофлоры Gunflint (докембрия): фотосинтетический кислород, возможно, имел важные местные эффекты, прежде чем стать основным атмосферным газом». Наука . 148 (3666): 27–35. дои : 10.1126/science.148.3666.27. ISSN  0036-8075. PMID  17773767. S2CID  37713079.
  5. ^ abc Гудвин, Алан Мюррей (1956-09-01). «Фациальные отношения в железной формации Ганфлинт [Онтарио]». Экономическая геология . 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. Ганфлинт Черт". Архивировано из оригинала 12 июня 2005 г. Проверено 12 июня 2005 г.
  7. ^ аб Планавский, Ной; Руксель, Оливье; Беккер, Андрей; Шапиро, Рассел; Фралик, Фил; Кнудсен, Эндрю (август 2009 г.). «Микробные экосистемы, окисляющие железо, процветали в окислительно-восстановительно-слоистых океанах позднего палеопротерозоя». Письма о Земле и планетологии . 286 (1–2): 230–242. Бибкод : 2009E&PSL.286..230P. дои : 10.1016/j.epsl.2009.06.033. ISSN  0012-821X.
  8. ^ Херли, премьер-министр; Фэйрберн, HW; Пинсон, Вашингтон; Хауэр, Дж. (июль 1962 г.). «Неметаморфизованные минералы в формации Gunflint, используемые для проверки возраста анимики». Журнал геологии . 70 (4): 489–492. Бибкод : 1962JG.....70..489H. дои : 10.1086/626839. ISSN  0022-1376. S2CID  140697996.
  9. ^ ПЕТЕРМАН, ЗЕЛЛ Э. (1966). «Rb-Sr Датирование метаосадочных пород среднего докембрия Миннесоты». Бюллетень Геологического общества Америки . 77 (10): 1031. Бибкод : 1966GSAB...77.1031P. doi : 10.1130/0016-7606(1966)77[1031:rdompm]2.0.co;2. ISSN  0016-7606.
  10. ^ ФОРЕ, ГЮНТЕР; КОВАЧ, ДЖЕК (1969). «Эпоха Gunflint Iron Formation из серии Animikie в Онтарио, Канада». Бюллетень Геологического общества Америки . 80 (9): 1725. Бибкод : 1969GSAB...80.1725F. дои : 10.1130/0016-7606(1969)80[1725:taotgi]2.0.co;2. ISSN  0016-7606.
  11. ^ Франклин, Дж. М. (1978). «Урановая минерализация в районе Нипигона, округ Тандер-Бей, Онтарио». дои : 10.4095/103901 . {{cite journal}}: Требуется цитировать журнал |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. ^ Кренер, Альфред (1988). «Протерозойская эволюция литосферы». Эос, Труды Американского геофизического союза . 69 (16): 244–246. Бибкод : 1988EOSTr..69..244K. дои : 10.1029/88eo00138. ISSN  0096-3941.
  14. ^ Хемминг, SR ; МакЛеннан, С.М.; Хэнсон, Дж. Н. (март 1995 г.). «Геохимические и изотопные Nd/Pb доказательства происхождения раннепротерозойской формации Вирджиния, Миннесота. Последствия для тектонической обстановки бассейна Анимики». Журнал геологии . 103 (2): 147–168. Бибкод : 1995JG....103..147H. дои : 10.1086/629733. ISSN  0022-1376. S2CID  129538570.
  15. ^ ГЛЕССНЕР, МАРТИН Ф. (1971). «Географическое распространение и временной диапазон эдиакарской докембрийской фауны». Бюллетень Геологического общества Америки . 82 (2): 509. Бибкод : 1971GSAB...82..509G. doi : 10.1130/0016-7606(1971)82[509:gdatro]2.0.co;2. ISSN  0016-7606.
  16. ^ аб Шапиро, RS; Конхаузер, нокаут (2 февраля 2015 г.). «Микроокаменелости, покрытые гематитом: первичный экологический отпечаток или тафономическая странность палеопротерозоя?». Геобиология . 13 (3): 209–224. CiteSeerX 10.1.1.705.23 . дои : 10.1111/gbi.12127. ISSN  1472-4677. PMID  25639940. S2CID  205140142. 
  17. ^ Аб Казмерчак, Дж. (июнь 1979 г.). «Эукариотическая природа эосфероподобных железосодержащих структур из докембрийской формации Gunflint Iron Formation, Канада: сравнительное исследование». Докембрийские исследования . 9 (1–2): 1–22. Бибкод : 1979PreR....9....1K. дои : 10.1016/0301-9268(79)90048-2. ISSN  0301-9268.
  18. ^ аб Уэйси, Д.; Маклафлин, Н.; Килберн, MR; Сондерс, М.; Клифф, Дж. Б.; Конг, К.; Барли, Мэн; Брейзер, доктор медицины (29 апреля 2013 г.). «Наномасштабный анализ пиритизированных микроокаменелостей показывает дифференциальное гетеротрофное потребление кремня Ганфлинта 1,9 млрд лет». Труды Национальной академии наук . 110 (20): 8020–8024. Бибкод : 2013PNAS..110.8020W. дои : 10.1073/pnas.1221965110 . ISSN  0027-8424. ПМЦ 3657779 . ПМИД  23630257. 
  19. ^ Палмер, Дуглас (24 июня 2008 г.). «Дж.Р. Наддс и П.А. Селден, 2008. Ископаемые экосистемы Северной Америки. Путеводитель по местам и их необычайным биотам. 288 стр. Лондон: Manson Publishing (издано в США издательством University of Chicago Press). 24,95 фунтов стерлингов (мягкая обложка). ISBN 9781 84076 088 0". Геологический журнал . 145 (4): 598–599. Бибкод : 2008GeoM..145..598P. дои : 10.1017/s0016756808004718. ISSN  0016-7568.