Ngay cả những nốt hình cầu lớn nhất chỉ tăng trưởng trong vài thập kỷ • Vladislav Strekopytov • Tin khoa học về “Yếu tố” • Khoáng vật học, Địa hóa học

Ngay cả những nốt hình cầu lớn nhất chỉ tăng trưởng trong vài thập kỷ.

Hình 1. Các tảng đá Moeraki ở New Zealand là các nốt cacbonat khổng lồ được hình thành khoảng 50 triệu năm trước trong trầm tích bùn biển. Kết quả của nghiên cứu, sẽ được thảo luận dưới đây, cho thấy ngay cả những nốt lớn như vậy đã được hình thành rất nhanh chóng – trong vòng vài thập kỷ. Ảnh từ thông cáo báo chí của Đại học Nagoya

Trong trầm tích biển có các hạch hình cầu cacbonat hình cầu – các vật thể hình tròn tuyệt vời, đôi khi đạt tới kích thước khổng lồ (đường kính hơn hai mét). Sự xuất hiện của những hình thức gần như lý tưởng và có ranh giới rõ ràng về hình thành cho thấy rằng chúng có thể đã được tạo ra bởi các nền văn minh cổ đại. Nhưng trên thực tế, những nốt sần như vậy là những vật thể tự nhiên khá phổ biến, thì sơ đồ tổng quát của nó nói chung là điều dễ hiểu trước đây. Trong một nghiên cứu gần đây, các nhà khoa học Nhật Bản đã có thể hiểu chi tiết quá trình hình thành các nốt sần cacbonat, và quan trọng nhất – để xác định tốc độ mà chúng phát triển.

Các nốt sần bị cô lập – thường là các khoáng vật hình cầu – được tìm thấy trên toàn thế giới trong các loại đá trầm tích biển sét ở các độ tuổi khác nhau.Cơ thể của các nốt có thể được gấp lại với các khoáng chất khác nhau: các nốt silic, pyrit, phosphorite được biết đến, ví dụ. Cacbonate nốt sần được phổ biến rộng rãi. Chúng được làm giàu với canxi cacbonat so với đá trầm tích bao quanh và thường chứa hóa thạch được bảo quản tốt bên trong. Quá trình hình thành các nốt như vậy là do sự khuếch tán và các phản ứng nhanh khác liên quan đến dung môi hữu cơ và các thành phần khác của nước lỗ rỗng (nước trong các lỗ rỗng của trầm tích chưa cứng) xảy ra đồng thời với sự lắng đọng của chất trên đáy biển (tức là syngenetic). Ví dụ về những nốt lớn: những tảng đá Moeraki nổi tiếng và những tảng đá hình cầu khác trên bờ biển New Zealand, những viên đá hình cầu của đảo Champ (quần đảo Franz Josef), những nốt hình cầu ở California trên bãi biển bowling (Bowling Balls Beach), ở Kazakhstan (trên bán đảo) Mangyshlak và ở Balkhash), trên sông Izhma (nhánh của Pechora), v.v.

Nodules là các cơ quan khoáng vật hình cầu (mặc dù đôi khi có dạng nốt dài và không đều), thường được hình thành trong các đá trầm tích xốp.Sự hình thành các nốt sần xảy ra do sự khuếch tán của các chất hóa học để mồi kích hoạt quá trình này với sự hình thành của protoconcretion keo trong trầm tích biển và sự kết tinh tiếp theo của nó, hoặc bởi sự tăng trưởng của các khoáng vật xung quanh hạt nhân (điều này thường xảy ra nếu nốt sần hình thành trong khoảng trống) .

Các hạt giống, bắt đầu xung quanh sự lắng đọng của một khoáng chất, có thể là dư lượng hữu cơ, các chất carbonaceous hoặc tích tụ khoáng chất của một thành phần khác nhau. Vì vậy, bên trong nốt bạn có thể tìm thấy hóa thạch, ví dụ, vỏ của động vật thân mềm cổ đại. Bên cạnh thực tế là vỏ cacbonat tự mồi, sự hình thành nhanh các nốt cacbonat trong trường hợp này xảy ra do sự phân hủy chất hữu cơ, làm tăng độ kiềm (tăng pH).

Sự che chở khổng lồ này, được tìm thấy trên Bán đảo Mangyshlak, đã phát triển xung quanh một vỏ ammonit. Ảnh từ mindraw.web.ru

Điều kiện thuận lợi cho sự hình thành các nốt sần được xác định bởi các yếu tố sau:
1) sự hiện diện của sự tích tụ cục bộ của chất hữu cơ tươi trên đáy biển;
2) tỷ lệ bồi lắng đủ cao của các loại bùn chủ yếu là mỏng, sét-amiăng;
3) sự vắng mặt của trộn chuyên sâu, ngăn cản việc bảo tồn các mô mềm của các sinh vật, xung quanh đó một nốt có thể phát triển.

Mặc dù mô hình chung của sự hình thành nốt là rõ ràng, nhiều câu hỏi vẫn còn. Họ phát triển nhanh đến mức nào? Tại sao họ thường có hình dạng hình cầu chính xác và ranh giới rõ ràng? Tại sao Ca và CO Deposition3 và, do đó, sự tăng trưởng của nốt sần, tại một điểm dừng nào đó?

Các nhà khoa học từ Đại học Nagoya ở Nhật Bản, dẫn đầu bởi Hidekazu Yoshida, đã trả lời những câu hỏi này bằng cách mô tả mối quan hệ giữa các thông số hình thành các nốt cầu, quá trình truyền khối trong trầm tích chủ (ma trận trầm tích) và tốc độ tăng trưởng nốt sần. Để làm được điều này, họ đã phát triển một phương pháp phân tích các nốt sần bằng cách sử dụng sơ đồ chéo (đồ thị chéo) của tốc độ khuếch tán và tốc độ tăng trưởng nốt sần. Sử dụng phương pháp này, họ đã phân tích các loại nốt hình cầu từ ba địa điểm ở Nhật Bản và so sánh chúng với các nốt sần từ Anh và New Zealand.Nghiên cứu này tiếp tục và tóm tắt công việc của nhóm các nhà khoa học này với các nốt sần – trước đây họ đã khảo sát các nốt sần từ một địa điểm duy nhất ở Nhật Bản (H. Yoshida và cộng sự, 2015.). Tổng cộng 54 nốt sần cacbonat được phân tích từ trầm tích Creta của hạt Tesio trên đảo Hokkaido (quận Teshio) và trầm tích Oligocen của các khu vực Yatsuo (Yatsuo) và Morozaki ở miền Trung Nhật Bản. Đá chủ trong tất cả các trường hợp đều có nguồn gốc từ biển và được thể hiện bằng đất sét rất mịn.

Các nghiên cứu về các nốt chất được thực hiện bằng cách sử dụng kính hiển vi quét tia X phân tích (Kính hiển vi phân tích tia X, SXAM). Phương pháp này được sử dụng để xác định cấu hình phân bố canxi (Ca), mangan (Mn) và sắt (Fe) giữa cơ thể nốt và ma trận đá chủ. Các hồ sơ SXAM (Hình 2) cho thấy rằng tất cả canxi được tập trung trong cơ thể nốt, và các nốt được tách ra từ đá kèm theo (đá sa thạch) bởi một ranh giới rõ ràng dọc theo đó vùng chuyển tiếp nằm.

Hình 2 Carbonate nodule trong ma trận chủ của argillite (một) và kết quả nghiên cứu của nó sử dụng phương pháp SXAM: phân bố canxi (Ca), mangan (Mn) và sắt (Fe) tại thời điểm cắt. Một hình thức hòa trộn xung quanh móng vuốt tôm của chi Callianassa (ở giữa, kích thước của móng vuốt thường là 3-7 cm). e – Hồ sơ về sự thay đổi nồng độ canxi dọc theo đường chấm màu trắng trên hình ảnh b. Hình từ bài viết được thảo luận trong Báo cáo khoa học

Đó là vùng này trên bề mặt của nốt là phản ứng trước mà phản ứng trao đổi khuếch tán giữa HCO xảy ra.3 (bicarbonate được hình thành trong quá trình phân hủy chất hữu cơ nằm ở trung tâm của nốt và trở thành hạt giống) và Ca2+thâm nhập từ nước lỗ chân lông bên ngoài. Khi nốt sần phát triển trong vùng này, CaCO3 cacbonat được hình thành và kết tủa3 ở dạng canxit (Hình 3). Chiều rộng L của vùng chuyển tiếp phụ thuộc vào kích thước của các nốt. Đối với các nốt sần từ Tesio, có đường kính 1-2 cm, khoảng 1 mm, cho các nốt từ Yatsuo với kích thước 1,5-3 cm, là 2-3 mm, và các nốt lớn hơn từ Morodzaki (kích thước 3-7 cm) ) L = 3-6 mm. Tính toán cân bằng khối lượng (tỷ lệ giữa lượng bicarbonate, có thể được hình thành từ các sinh vật phân hủy, thành canxit thu được) do các nhà nghiên cứu thực hiện và dữ liệu đồng vị (δ)13C) xác nhận giả định rằng carbon cố định trong các nốt cacbonat,chủ yếu đến từ sự phân hủy của các sinh vật bên trong các nốt sần. Khi tất cả cácbon này được tiêu thụ hoặc ngừng chảy vào vùng chuyển tiếp, sự tăng trưởng của nốt ngừng lại.

Hình 3 Đề án khái niệm cho sự hình thành của các nốt hình cầu. Từ biểu đồ có thể thấy rằng lượng mưa của calcite trong vùng phản ứng (nằm giữa đường đứt nét dọcvà, do đó, sự tăng trưởng của nốt sẽ tiếp tục cho đến khi nguồn cacbon hữu cơ trong trung tâm nốt được tiêu thụ. Hình từ bài viết được thảo luận trong Báo cáo khoa học

Sự hiện diện của mặt trước phản ứng được xác định rõ ràng của một chiều rộng nhất định, tại đó calcite kết tủa, có thể giải thích sự có mặt của các gradient hóa học sắc nét (đặc biệt là canxi), xảy ra dọc theo các cạnh của hầu hết các nốt, cũng như nồng độ CaCO không đổi3 và độ xốp liên tục trong cơ thể nốt (sự hiện diện của chúng được xác định bằng cách phân tích các phần mỏng và đo độ xốp). Hydrocarbonate (HCO3) có hệ số khuếch tán cao hơn so với các ion canxi (Ca)2+), do đó, nó là nồng độ của HCO3 cùng với độ rỗng của các nốt của cơ thể – các yếu tố quyết định sự tăng trưởng của chúng.

Nó đã được tìm thấy rằng một yếu tố quan trọng trong việc hạn chế sự khuếch tán và làm chậm sự di cư của các chất tan từ khu vực chuyển tiếp là sự hình thành các nốt sần trong các trầm tích sét hạt mịn có độ thấm thấp. Trong trường hợp này, nồng độ bicarbonate ở mặt trước phản ứng phát triển khá nhanh, gây ra sự kết tủa nhanh chóng của cacbonat canxi và sự hình thành các nốt sần với các ranh giới sắc nét. Như một quy luật, các trầm tích của một mặt như vậy được hình thành ở độ sâu vài chục mét trong trường hợp không có dòng chảy mạnh đáy.

Các tác giả đề xuất mô hình phụ thuộc sau giữa độ rộng của vùng chuyển tiếp (L), hệ số khuếch tán HCO3 (D) và tốc độ tăng trưởng của nốt (V): L = D / V. Hai thông số đầu tiên có thể được đo bằng thực nghiệm, và tốc độ tăng trưởng được ước tính dựa trên sự phụ thuộc này. Điều này làm cho nó có thể ước tính thời gian mà các nốt sần được hình thành: tốc độ tăng trưởng tối thiểu có thể xác định ước tính trên cho thời gian của giai đoạn hình thành.

Dữ liệu cho thấy các nốt hình cầu được hình thành rất nhanh chóng – từ vài tháng đến vài năm, và không phải hàng trăm ngàn và hàng triệu năm, như đã từng nghĩ. Ngay cả đối với sự hình thành các nốt sần khổng lồ cũng mất không quá một vài thập kỷ.Cơ chế hình thành nhanh này giải thích tại sao một số nốt chứa bên trong các hóa thạch được bảo quản tốt của các mô mềm của sinh vật, hiếm khi được bảo quản trong các điều kiện khác.

Để xác nhận khả năng áp dụng giả thuyết của họ cho tất cả các nốt cầu cacbonat hình cầu, các tác giả cũng nghiên cứu các nốt quầng (thấp hơn Llaas; xem Lias Group) từ Dorset (miền nam nước Anh), được gọi là 'Coinstones' (đá-tiền xu); Cái gọi là đá uốn cong của kỷ Jura thấp hơn (leyas trên) từ bờ biển phía đông bắc của hạt Yorkshire (Anh) và những tảng đá Moeraki từ New Zealand. Nó đã được tìm thấy rằng mặt trận phản ứng ở ranh giới bên ngoài là đặc trưng của tất cả các nốt cầu cacbonat hình thành syngenically hoặc ở giai đoạn sớm nhất của diagenesis khi chôn trong trầm tích biển của các nguồn cacbon hữu cơ. Tất cả các phụ thuộc được xác định cho các nốt sần Nhật Bản cũng đã được xác nhận. Điều này cho phép các tác giả có quyền tuyên bố rằng họ đã phát triển một mô hình thống nhất chung về các điều kiện cho sự hình thành các nốt cacbonat hình cầu trong trầm tích biển (Hình 4).

Hình 4 Mô hình thống nhất chung về điều kiện hình thành các nốt sần cacbonat hình cầu trong trầm tích biển. Trong biểu đồ cắt ngang của mối quan hệ giữa hệ số khuếch tán (D; cm2/ s) và tốc độ tăng trưởng của mặt trước phản ứng (V; cm / s) màu xanh lam một lĩnh vực hẹp của các điều kiện hiệu quả cho sự hình thành của các nốt hình cầu được tô sáng. Hình từ bài viết được thảo luận trong Báo cáo khoa học

Phương pháp được trình bày cũng có thể áp dụng cho việc ước lượng tỷ lệ tăng trưởng của bất kỳ, và không chỉ các nốt sần, syngenetic được hình thành ở giai đoạn sớm nhất của quá trình sinh gen trong quá trình cung cấp chất khuếch tán của chất trên toàn bộ phản ứng.

Nguồn: Hidekazu Yoshida, Koshi Yamamoto, Masayo Minami, Nagayoshi Katsuta, Sirono Sin-ichi, Richard Metcalfe. Các điều kiện tổng quát về sự hình thành cacbonat hình cầu Báo cáo khoa học. 2018. DOI: 10.1038 / s41598-018-24205-5.

Vladislav Strekopytov


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: