デボン紀頁岩中の非晶質 SiO2 のマッピングと初期の森林多様化における海洋生産性との関連性の可能性

Scientific Reports volume 13、記事番号: 1516 (2023) この記事を引用

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世界の海洋におけるシリカの循環を地質学的時間スケールで評価するのは簡単ではありません。 カンブリア紀初期以降の放散虫と海綿動物の出現により、シリカには大陸風化と生物起源のシリカという 2 つの堆積起源がある可能性があります。 生物地球化学的および無機シリカの循環を真に理解するには、非晶質シリカと結晶質シリカを区別する信頼性の高い方法を確立することが重要です。 この研究では、世界の初期森林の拡大中に、結晶質と非晶質のSiO2を区別する地球化学的代理物と並行して長波ハイパースペクトルイメージングを使用して、オパールAがデボン紀後期デュバーネー層頁岩のカナダ西部堆積盆地全体にマッピングされました。 フラズニアンにおけるいくつかの炭素同位体エクスカーションによって信号が送られるこの点状現象は、維管束植物が種子とより深い根のネットワークを発達させるときの森林の拡大に対応しており、その結果、おそらくペドジェネシスが増加する。 厚い土壌層から海洋領域に流入する栄養素は、現時点では海洋の一次生産性のレベルの向上と、その後の深海での酸素欠乏に関連しています。 この研究の結果は、森林が拡大し、より深い根のネットワークが発達するときの陸域のこの大きな変化の間に、堆積盆地全体にわたる非晶質SiO2の空間分布を初めて明らかにしました。

地球の大気中の気候と酸素レベルの大きな変化は、エムシアンとアイフェリアンの境界付近 (約 3 億 9500 万年前) から始まり 1、森林が拡大していたフラズニア初期まで続きました 2、3、4。 世界最初の森林は、スピッツベルゲンのエムシアン後期と、米国ニューヨーク州ギルボアのギヴェティアン層で確認されました 5,6 が、カペルら 3 は、最終的に森林破壊をもたらしたシルル紀からデボン紀にかけてのいくつかの主要な発生 - 消滅パルスを特定しています。デボン紀中期に森林に覆われた陸上景観に移行します。 ギヴェティアン期の終わりまでに、根のネットワークは深くなり、フラズニアン期までに、異神経植物と始祖鳥の前裸子植物の森林が一般的になり、その結果、より厚い土壌層が形成され始めました。 それにより、海洋環境への陸生由来の栄養素の供給が増加します2、4、7。 生物多様性のこうした変化に関するこれまでの研究では、栄養分の輸送の強化が生産性の増加、酸素の成層、有機物が豊富な黒色頁岩の堆積、フラズニア大陸外海における富栄養化を引き起こした可能性があると予測していた2,4,8,9。 グリーンランドとスコットランド北部のデボン紀中期から後期の湖沼堆積物では、リン（P）の純損失が明らかになった。リン（P）は必須の生物制限栄養素であり、植物の定着が進んでいる陸地環境では減少すると予想されており、リンは酸性化を通じて間接的にミネラルから遊離される。有機物の分解と根からの有機浸出物の放出によって生じる根の細孔空間8、10、11。 点状コノドント帯における顕著で長期にわたるδ13Cの変化は、デボン紀中期から後期の生産性と有機炭素の埋没を促進する遊離栄養素（例えばリン）の輸送の増加によって引き起こされると考えられており、点状イベントと呼ばれる(pE) であり、世界中の流域で認識されています12。 pE に関連する生産性の疑いは、より深い根のネットワークによって形成された土壌の輸送による栄養の流入を経験した地域で、生物由来の非晶質 SiO2 の増幅を引き起こす可能性もあります 2,8。 非晶質 SiO2 は古代の堆積シーケンスにおいて一貫して過小評価されており、そのことが地球規模の生物地球化学的シリカ循環に関する私たちの理解を歪めています 13、14、15、16。 頁岩中のシリカは、一般に地生起源であると解釈されていました。 しかし、Schieber17 と Schieber et al.14 は、特に放散虫と珪質海綿動物が増殖し始めたカンブリア紀初期以降、頁岩中の石英シルトのかなりの部分が生物起源または続成作用に由来する可能性があることを実証しました 16。 SiO2 に富むフラズニアンデュバーネー層頁岩は、pE に特徴的な δ13C(org) 偏位を示し、これはカナダのロッキー山脈でも記録されています 18。 したがって、本研究では、これらの流域堆積物を調べて、デュバーネー頁岩中のSiO2が生物由来であるかどうか、またSiO2堆積量の増加が世界の森林が拡大していたときの陸域領域の重大な変化に関連しているかどうかを判断する。