Химия моря благоприятствует образованию кальцита с низким содержанием магния в качестве неорганического осадка карбоната кальция
Кальцитовое море — это море, в котором кальцит с низким содержанием магния является основным неорганическим морским карбонатным осадком кальция. Арагонитовое море — это альтернативная химия морской воды, в которой арагонит и кальцит с высоким содержанием магния являются основными неорганическими карбонатными осадками. Ранний палеозой и средний и поздний мезозойский океаны были преимущественно кальцитовыми морями, тогда как средний палеозой, ранний мезозой и кайнозой (включая сегодняшний день) характеризуются арагонитовыми морями. [1] [2] [3] [4] [5] [6]
Наиболее значимые геологические и биологические эффекты условий кальцитового моря включают быстрое и широко распространенное образование карбонатных хардграундов , [7] [8] [9] кальцитовых ооидов , [1] [10] кальцитовых цементов, [2] и одновременное растворение арагонитовых раковин в мелководных теплых морях. [6] [11] Хардграунды были очень распространены, например, в кальцитовых морях ордовика и юры , но практически отсутствовали в арагонитовых морях перми . [ 7]
Окаменелости беспозвоночных организмов , обнаруженные в кальцитовых морских отложениях, обычно состоят из толстых кальцитовых раковин и скелетов, [12] [13] [14] [15] были инфауной и/или имели толстые периостраки, [16] или имели внутреннюю оболочку из арагонита и внешнюю оболочку из кальцита. [17] По-видимому, это было связано с тем, что арагонит быстро растворялся на морском дне, и его приходилось либо избегать, либо защищать как биоминерал. [6]
Кальцитовые моря совпали со временем быстрого расширения морского дна и глобальных парниковых климатических условий. [14] Центры расширения морского дна циркулируют морскую воду через гидротермальные источники , снижая соотношение магния к кальцию в морской воде посредством метаморфизма богатых кальцием минералов в базальте в богатые магнием глины. [2] [5] Это снижение соотношения Mg/Ca способствует осаждению кальцита вместо арагонита. Увеличение расширения морского дна также означает усиление вулканизма и повышение уровня углекислого газа в атмосфере и океанах. Это также может влиять на то, какой полиморф карбоната кальция осаждается. [5] Кроме того, высокие концентрации кальция в морской воде способствуют захоронению CaCO 3 , тем самым удаляя щелочность из океана, снижая pH морской воды и уменьшая ее кислотно-щелочную буферность. [18]
Таблица, показывающая условия существования кальцитовых и арагонитовых морей
Тектонический механизм изменения соотношений Mg/Ca в морской воде
Грейнстоун с кальцитовыми ооидами и кальцитовым цементом; формация Кармель , средняя юра, южная часть штата Юта.
Покрытая коркой внешняя форма двустворчатого моллюска ордовикского периода, демонстрирующая одновременное растворение первоначальной арагонитовой оболочки и кальцитовую цементацию формы.
Инкрустированная внутренняя форма ордовикского наутилоидея , демонстрирующая одновременное растворение первоначальной арагонитовой оболочки и кальцитовую цементацию.
Сверлящая палеозабелла в ордовикской двустворчатой раковине. Сверления проникли во внутренний арагонитовый слой раковины, который растворился.
^ ab Wilkinson, BH; Owen, RM; Carroll, AR (1985). «Подводное гидротермальное выветривание, глобальная эвстазия и карбонатный полиморфизм в морских оолитах фанерозоя». Журнал осадочной петрологии . 55 : 171–183. doi :10.1306/212f8657-2b24-11d7-8648000102c1865d.
^ abc Wilkinson, BH; Given, KR (1986). «Вековые изменения в абиотических морских карбонатах: ограничения на содержание углекислого газа в атмосфере фанерозоя и океанические отношения Mg/Ca». Journal of Geology . 94 (3): 321–333. Bibcode : 1986JG.....94..321W. doi : 10.1086/629032. S2CID 128840375.
^ Морзе, Дж. В.; Маккензи, Ф. Т. (1990). «Геохимия осадочных карбонатов». Развитие седиментологии . 48 : 1–707. doi :10.1016/S0070-4571(08)70330-3.
^ Харди , Лоуренс А. (1996). «Вековые изменения в химии морской воды: объяснение связанных вековых изменений в минералогии морских известняков и калийных эвапоритов за последние 600 млн лет». Геология . 24 (3). Геологическое общество Америки: 279–283. Bibcode : 1996Geo....24..279H. doi : 10.1130/0091-7613(1996)024<0279:svisca>2.3.co;2.
^ abc Lowenstein, TK; Timofeeff, MN; Brennan, ST; Hardie, LA; Demicco, RV (2001). «Колебания в химии морской воды фанерозоя: доказательства из включений флюидов». Science . 294 (5544): 1086–1088. Bibcode :2001Sci...294.1086L. doi :10.1126/science.1064280. PMID 11691988. S2CID 2680231.
^ abc Palmer, TJ; Wilson, MA (2004). «Осаждение кальцита и растворение биогенного арагонита в мелководных ордовикских кальцитовых морях». Lethaia . 37 (4): 417–427 [1]. Bibcode :2004Letha..37..417P. doi :10.1080/00241160410002135.
^ ab Palmer, TJ (1982). «Изменения от кембрия до мела в сообществах твердой почвы». Lethaia . 15 (4): 309–323. Bibcode :1982Letha..15..309P. doi :10.1111/j.1502-3931.1982.tb01696.x.
^ Palmer, TJ; Hudson, JD; Wilson, MA (1988). «Палеоэкологические свидетельства раннего растворения арагонита в древних кальцитовых морях». Nature . 335 (6193): 809–810. Bibcode :1988Natur.335..809P. doi :10.1038/335809a0. S2CID 4280692.
^ Уилсон, MA; Палмер, TJ (1992). «Твердые грунты и фауны твердых грунтов». Университет Уэльса, Аберистуит, Институт исследований Земли. Публикации . 9 : 1–131.
^ Сандберг, П. А. (1983). «Осциллирующий тренд в минералогии нескелетных карбонатов фанерозоя». Nature . 305 (5929): 19–22. Bibcode :1983Natur.305...19S. doi :10.1038/305019a0. S2CID 4368105.
^ Чернс, Л.; Райт, В. П. (2000). «Пропавшие моллюски как свидетельство крупномасштабного раннего растворения скелетного арагонита в силурийском море». Геология . 28 (9): 791–794. Bibcode :2000Geo....28..791C. doi :10.1130/0091-7613(2000)28<791:MMAEOL>2.0.CO;2.
^ Уилкинсон, Б. Х. (1979). «Биоминерализация, палеоокеанография и эволюция известковых морских организмов». Геология . 7 (11): 524–527. Bibcode :1979Geo.....7..524W. doi :10.1130/0091-7613(1979)7<524:BPATEO>2.0.CO;2.
^ Стэнли, SM; Харди, LA (1998). «Вековые колебания в карбонатной минералогии рифообразующих и осадкообразующих организмов, вызванные тектонически вызванными сдвигами в химии морской воды». Палеогеография, Палеоклиматология, Палеоэкология . 144 (1–2): 3–19. Bibcode :1998PPP...144....3S. doi : 10.1016/S0031-0182(98)00109-6 .
^ ab Стэнли, SM; Харди, LA (1999). «Гиперкальцификация; палеонтология связывает тектонику плит и геохимию с седиментологией». GSA Today . 9 : 1–7.
^ Портер, SM (2007). «Химия морской воды и ранняя карбонатная биоминерализация». Science . 316 (5829): 1302–1304. Bibcode :2007Sci...316.1302P. doi :10.1126/science.1137284. PMID 17540895. S2CID 27418253.
^ Pojeta, J. Jr. (1988). «Обзор ордовикских пелеципод». Профессиональная статья Геологической службы США . 1044 : 1–46.
^ Харпер, Э. М.; Палмер, Т. Дж.; Альфей, Дж. Р. (1997). «Эволюционный ответ двустворчатых моллюсков на изменение химии морской воды фанерозоя». Geological Magazine . 134 (3): 403–407. Bibcode : 1997GeoM..134..403H. doi : 10.1017/S0016756897007061. S2CID 140646397.
^ Hain, Mathis P.; Sigman, Daniel M.; Higgins, John A.; Haug, Gerald H. (2015). «Влияние вековых изменений концентрации кальция и магния на термодинамику кислотно-щелочной химии морской воды: последствия для химии углерода и буферизации в эоцене и меловом океане» (PDF) . Global Biogeochemical Cycles . 29 (5): 517–533. Bibcode : 2015GBioC..29..517H. doi : 10.1002/2014GB004986. ISSN 0886-6236. S2CID 53459924.