Среда, 28 июля 2021 г. 10:22:27 Сибирское время — Погода по CustomWeather, © 2021

Почасовая погода для Сибири на следующие 7 дней

Изотопы никеля связывают частицы аэрозоля Сибирских ловушек с конечной пермской массой вымирание

Геологическая обстановка и отбор проб

Бассейн Свердруп был депоцентром от карбона до палеогена, в котором накопилось более 12 км отложений от карбона до палеогена ¹⁸ (рис.1). С позднего карбона до раннего триаса бассейн Свердруп располагался вдоль северо-западной окраины Пангеи на палеоширотах 35-40 ° с.ш. (ref. ¹⁹ ) (рис. 1). Вплоть до EPME бассейн характеризовался центральной глубоководной областью мелкозернистых обломочных отложений, окруженной мелководным шельфом с преобладанием биогенного карбоната, который в конце перми перешел в кремнистый слой, образованный мелководными кремнистыми губками ¹⁹ . После EPME в бассейне Свердруп преобладала осадконакопление с преобладанием обломков ¹⁸ .В этом исследовании мы изучили дальний глубоководный разрез озера Бьюкенен, в котором сохранились выдающиеся бореальные записи EPME, после чего последовало восстановление биотики в раннем триасе ⁵ . Разрез озера Бьюкенен состоит в основном из черных сланцев позднепермской формации Black Stripe Formation и вышележащей формации Blind Fiord раннего триаса, которая сохраняет характерную фауну после вымирания ²⁰ (рис. 2).

A Региональная карта. B Подробная карта, показывающая расположение участка озера Бьюкенен. C Пермская палеогеографическая карта, показывающая расположение бассейна Свердруп относительно вулканических пород Сибирских траппов (базовая карта по К.Р. Скотезу [http://www.scotese.com/]). Волнистые стрелки указывают на преобладающий западный ветер.

Планки погрешностей соответствуют 2 стандартным отклонениям. C-изотопная хемостратиграфия взята из исх. ⁵ и заштрихованные области относятся к случаям загрузки золы уноса, о которых сообщается в исх. ⁵ . Палео-окислительно-восстановительные условия взяты из исх. ^21,22 и U-Pb возраст горизонта EPME по исх. ²⁷ .

В течение последнего десятилетия участок озера Бьюкенен был тщательно изучен, и хемостратиграфия изотопов углерода, элементный состав сланцев и океанические палео-окислительно-восстановительные изменения были хорошо ограничены ^{5,11,19,20,21,22 , 23,24,25,26} (рис.2). EPME в бассейне Свердруп отмечен искоренением кремнезема и продуцентов карбоната вместе с началом значительного отрицательного сдвига δ ¹³ C _org , который коррелировал в глобальном масштабе с датированными Глобальным стратотипическим разрезом и точкой (GSSP) для Граница перми и триаса в Мейшане, Китай, ~ 251,9 млн лет (ссылки ^3,4,20,27,28 ) (рис. 2). Палео-окислительно-восстановительные условия во время отложения позднепермской формации черных полос и раннетриасовой формации слепого фьорда эволюционировали от кислородной водной толщи с сильным окислительно-восстановительным действием в отложениях до бескислородных и затем сульфидных придонных вод (рис.2). Среднее содержание общей серы (TS) для образцов из кислородного интервала формации Black Stripe (от -86 м до -62 м) составляет 0,50 мас.%, А для образцов из бескислородного интервала формации Black Stripe (от -62 до −62 м). -2 м) имеют среднее содержание TS 0,89 мас.%, За исключением одного образца (C-445100), имеющего содержание TS 12,27 мас.% (Каталожный номер ²¹ ). Сульфидные сланцы верхней части формации Black Stripe характеризуются высоким содержанием TS со средним содержанием TS 2,09 мас.% И мелкими зернами фрамбоидального пирита ^5,21 .Сульфидные сланцы нижней части свиты Блинд-Фьорд имеют среднее содержание TS 1.15 мас.% И содержат слои пирита мощностью ~ 1 см мощностью ^5,21 (рис. 2).

Данные об изотопах и содержании никеля в разрезе озера Бьюкенен

Изотопные составы никеля (δ ⁶⁰ Ni) представлены в дельта-нотации относительно изотопного стандарта Ni NIST SRM 986 в единицах промилле (‰): [δ ^60/58 Ni = ( ⁶⁰ Ni / ⁵⁸ Ni _{образец} / ⁶⁰ Ni / ⁵⁸ Ni _SRM986 — 1) × 1000].Составы δ ⁶⁰ Ni и содержание Ni в образцах из озера Бьюкенен представлены на рис. 2 (полные аналитические данные доступны в дополнительной таблице 1). Содержание Ni и Ni в δ ⁶⁰ показывает отчетливые вариации от до экстинкции до син-экстинкции и до пост-экстинкции (рис. 2).

До EPME значения δ ⁶⁰ Ni для черных сланцев (от -86 до -62 м), отложившихся преимущественно в кислородных условиях придонной воды, показывают значительно светлые значения δ ⁶⁰ Ni в диапазоне от -0.От 89 ‰ до −1.09 ‰, при содержании Ni от 157,1 до 247,1 ppm (рис. 2). Значения δ ⁶⁰ Ni для черного сланца (от −62 до −2 м) формации Black Stripe, отложенной в условиях аноксической придонной воды, показывают общее увеличение от −0,99 до 0,32 ‰, хотя и незначительное изменение до 0,37 ‰ от Наблюдается от −50 до −40 м (рис. 2). В течение того же интервала содержание Ni колеблется от 117,5 до 247,1 ppm, хотя проявляется лишь слабый стратиграфический тренд с уменьшением Ni со временем (рис. 2).

Значения δ ⁶⁰ Ni для черных сланцев (от -2 до 0 м), отложившихся в условиях аноксических и сульфидных придонных вод формации Black Stripe, показывают положительные значения δ ⁶⁰ Ni от 0.От 07 ‰ до 0,34 ‰, а δ ⁶⁰ Ni существенно не меняется на горизонте экстинкции (рис. 2). Однако на этом уровне содержание Ni резко падает с 142,8 до 36,4 ppm (рис. 2). После вымирания значения δ ⁶⁰ Ni для сульфидных черных сланцев нижней части формации Блинд-Фьорд (0–19,4 м) изменяются от 0,00 до 0,34 ‰, а содержание Ni — от 25,5 до 61,7 ppm (рис. 2). .

Цикличность никеля и изотопная запись в современных системах осадконакопления

Для оценки возможных интерпретаций концентрации Ni и профиля изотопов в разрезе озера Бьюкенен мы представляем краткий обзор цикла Ni и суммируем данные δ ⁶⁰ Ni, которые являются тесно связан с нашим исследованием (рис.3). Никель является биологически важным микроэлементом, и, подобно фосфату и кремнезему в современном океане, Ni демонстрирует профиль типа питательных веществ с низкими концентрациями в фотической зоне из-за биологического поглощения и высокими концентрациями на больших глубинах из-за повторного использования органическое вещество в толще воды ²⁹ . Никель также является важным компонентом важных ферментов метаболизма метаногенов, и было показано, что он играет решающую роль в производстве метана и оксигенации атмосферы в архее ^30,31,32 .Как и другие системы стабильных изотопов, применение составов Ni ⁶⁰ для реконструкции истории Земли зависит от нашего понимания цикличности Ni и вариаций δ ⁶⁰ Ni в современных реках, океанах и отложениях ^32,33,34 . Растворенный никель в современных океанах в основном происходит из: (1) продуктов выветривания континентальной коры, переносимых реками в океаны, (2) минеральной пыли и вулканогенных аэрозолей, оседающих в океаны из атмосферы, и (3) гидротермальных жерловых флюидов в виде второстепенный источник ^34,35,36,37 .Δ ⁶⁰ Ni растворенного Ni от речного притока в океаны имеет тяжелый изотопный состав со средним значением δ ⁶⁰ Ni + 0,84 ‰ (ссылка ³⁶ ) (рис. 3). Обогащение тяжелыми изотопами речного Ni по сравнению с континентальными материнскими породами (δ ⁶⁰ Ni в основном между −0,1 ‰ и + 0,2 ‰) ³⁸ , вероятно, вызвано сорбцией легкого Ni на оксидах Fe и аутигенных глинах во время выветривания ^{37 , 39,40,41,42} . Современная морская вода имеет среднее значение δ ⁶⁰ Ni, равное 1.44 ± 0,015 ‰, что значительно тяжелее речных поступлений в океаны ^36,43,44 (рис. 3).

Реки и Мировой океан взяты из исх. ³⁶ , Fe-Mn корки из исх. ^35,45 . Карбонаты и осадки ОМЗ взяты из исх. ⁴³ . Магматические сульфиды взяты из исх. ^38,48 . Богатый органическими веществами черный сланец и аргиллиты из исх. ⁴⁷ и сульфидные отложения Черного моря взяты из исх. ³³ . Сравнимый изотопный состав легкого Ni между магматическими сульфидами и нашими данными выделен оранжевым цветом.

Современные выходы Ni из океанского резервуара включают отложения, отложившиеся в различных окислительно-восстановительных условиях, а также Fe-Mn корки. Водородные Fe-Mn корки, которые потенциально могут регистрировать изотопный состав Ni глубоководных вод океана, имеют широкий диапазон тяжелых значений δ ⁶⁰ Ni, от 0.От 25 до 2,5 ‰ при средней δ ⁶⁰ Ni = 1,74 ± 0,59 ‰ ( n = 126) ^35,45 (рис.3). Значения δ ⁶⁰ Ni для большинства отложений, выпавших в кислородных, субкислых или бескислородных условиях, аналогичны или тяжелее морской воды ⁴³ . Следовательно, в настоящее время баланс изотопов Ni в установившемся состоянии между входами и выходами имеет очевидный дисбаланс ^{35,36,37,43,45} . Однако значения δ ⁶⁰ Ni в диапазоне от -0,2 ‰ до -0,8 ‰ были зарегистрированы в отложениях, которые были отложены в условиях насыщенной кислородом придонной воды на глубине воды> 3 км в восточной части Тихого океана ⁴⁶ .Эти светлые значения δ ⁶⁰ Ni интерпретируются как результат диагенетической ремобилизации или минералогического преобразования бирнессита в тодорокит, или возможного поглощения легкого Ni оксидами Fe или богатыми железом аутигенными глинами ⁴⁶ .

Отметим, что данные δ ⁶⁰ Ni из зоны кислородного минимума (OMZ) и осадков Черного моря могут быть важны для интерпретации значений δ ⁶⁰ Ni в летописи горных пород, особенно в связи с океанскими аноксическими явлениями, происходили на протяжении всей истории Земли.Значения δ ⁶⁰ Ni в отложениях ОМЗ на окраине Перу составляют от 1,11 до 1,21 ‰, при среднем значении 1,16 ‰ (ссылка ⁴³ ) (рис. 3). Сульфидные отложения Черного моря характеризуются более легким составом δ ⁶⁰ Ni в диапазоне от 0,14 до 0,51 ‰ (рис. 3) по сравнению с δ ⁶⁰ Ni 1,26 ‰ для растворенного Ni из реки Дунай, которая впадает в Черное море. ³³ .

Что касается геологической летописи, то единственными подробными исследованиями δ ⁶⁰ Ni на данный момент являются исследования богатой органическими веществами толщи черных сланцев из юрского синемурийско-плиенсбахского GSSP в заливе Робин Гуда, Великобритания, и девонско-миссисипской формации Эксшоу в Западно-Канадском осадочном бассейне ⁴⁷ (рис.3). Эти черные сланцы демонстрируют значения δ ⁶⁰ Ni, которые широко варьируются от 0,2 до 2,5 ‰, причем некоторые из них значительно легче, а некоторые тяжелее, чем у гомогенной δ современной морской воды ⁶⁰ , значение Ni ⁴⁷ . Эти большие вариации значений δ ⁶⁰ Ni могут регистрировать изменчивость источников Ni в океанах ⁴⁷ . Стоит отметить, что самые легкие значения δ ⁶⁰ Ni, о которых сообщалось до сих пор, получены из сульфидных никелевых руд, содержащихся в архейских коматиитах, которые имеют составы Ni ⁶⁰ от –0.От 10 до −1,03 ‰ (преимущественно от −0,62 до −1,03 ‰) ³⁸ (рис.3). Сходные составы светлого δ ⁶⁰ Ni, составляющие -0,82 ± 0,02 ‰, были обнаружены в архейских Ni-богатых магматических сульфидах ⁴⁸ (рис. 3). Эти исключительно легкие значения δ ⁶⁰ Ni, вероятно, отражают изотопное фракционирование Ni во время образования магматического сульфида никеля или плавления при высокой температуре ^38,48 .

Экологическая значимость данных по озеру Бьюкенен

Значения δ ⁶⁰ Ni черных сланцев из разреза озера Бьюкенен охватывают очень широкий диапазон от -1.09 до 0,35 ‰ (рис. 2). Самые легкие значения δ ⁶⁰ Ni встречаются в кислородном интервале формации Black Stripe, более высокие значения в направлении аноксического интервала верхней части формации Black Stripe и немного более высокие в эвксиновом интервале, что свидетельствует о сильном контрасте с изотопной однородностью формации Black Stripe Formation. современная морская вода (рис. 2 и 3). Значения δ ⁶⁰ Ni в нижней части формации Black Stripe являются одними из самых легких, когда-либо зарегистрированных для осадочных пород; единственные зарегистрированные более светлые значения относятся к магматическим месторождениям сульфида никеля ^38,48 (рис.3). Из всех известных механизмов, потенциально ответственных за общие световые значения δ ⁶⁰ Ni в разрезе озера Бьюкенен, наиболее убедительным является поступление никеля в бассейн Свердрупа до EPME, полученное из объемных богатых никелем аэрозолей, выпущенных во время внедрения никеля в рамках STLIP месторождения сульфидных руд. Другие объяснения значений светлого δ ⁶⁰ Ni трудно подтвердить. Например, фракционирование во время сорбции на поверхности частиц оксигидроксида Mn может привести к осаждению изотопно легкого Ni из морской воды.В лабораторных экспериментах по сорбции с гексагональным бирнесситом ⁴⁹ сообщалось о большом изотопном фракционировании Ni до -3,35 ‰, вызванном поверхностными реакциями комплексообразования между минеральной и водной фазами. Однако разница между пиритовыми черными сланцами поздней перми и оксидами Mn указывает на то, что сорбция Ni на MnO ₂ не может объяснить световые значения δ ⁶⁰ Ni в черных сланцах. С другой стороны, континентальное выветривание магматических сульфидов никеля может потенциально переносить относительно легкий δ ⁶⁰ Ni в океаны по сравнению со средней континентальной корой.Однако в бассейне Свердруп и на прилегающих к нему окраинах нет магматических никель-сульфидных руд, которые могли бы быть основным источником ⁵⁰ . Хотя данные по изотопу Ni для морских гидротермальных флюидов поздней перми отсутствуют, маловероятно, что такие флюиды сильно различались бы по δ ⁶⁰ Ni на всем протяжении фанерозойского эона; нет причин ожидать краткосрочных изменений, которые могли бы вызвать исключительно легкие значения δ ⁶⁰ Ni в сланцах озера Бьюкенен.Тем не менее, нет никаких свидетельств гидротермальной деятельности в бассейне Свердруп, которая могла бы быть источником Ni ⁵⁰ .

Несколько линий свидетельств подтверждают нашу интерпретацию того, что изотопно легкие, богатые никелем аэрозоли стали доминирующим источником поступления никеля в позднепермский панталассический океан. Концентрации никеля в образцах формации Black Stripe (117,5–247,1 ppm) намного выше 68 ppm Ni для среднего сланца ⁵¹ (рис. 2). Это обогащение Ni происходит одновременно с эпизодическими выпадениями угольной золы и отложениями Hg в бассейне, а также с начальным началом снижения значений δ ¹³ C (рис.2), ранее привязанные к ранним фазам извержения Сибирских траппов ^5,11 . Возрастная модель, основанная на скорости седиментации, предполагает, что раннее начало извержения, зарегистрированное на озере Бьюкенен, началось примерно за 500 тыс. Лет до EPME ^5,11 . Это время замечательно согласуется с первоначальным размещением вертикальной системы дамба-порог STLIP, которое предшествует началу EPME по крайней мере на 300-126 тыс. Лет назад (ref. ⁴ ). Дополнительную поддержку вулканическому источнику дает профиль концентрации Ni, зарегистрированный в стратиграфии лавы Норильска, который показывает высокие концентрации Ni до EPME и значительное падение, когда EPME произошло ³ , как наблюдалось в разрезе озера Бьюкенен.

Мы предполагаем, что плавление и дегазация сульфида Ni во время процессов внедрения ¹⁵ , возможно, привело к образованию легких составов Ni с δ ⁶⁰ в качестве признака сибирских ловушек, аналогичных легким составам δ ⁶⁰ Ni, измеренным по магматическому никелю. –Сульфид (рис. 3). Норильские рудные месторождения могут быть единственным известным проявлением связанной с паводком магматической сульфидной системы, связанной с базальтами, которая была достаточно мелкой для дегазации ¹⁵ . Никель нелетучий и обычно заперт на глубине в магматических минералах.Однако Ni, поглощенный магматическими сульфидами, мог быть перенесен в магматические газы, а всплытие капель богатого никелем сульфида на поверхность пузырьками газа могло привести к образованию объемных аэрозолей с высоким содержанием никеля ¹⁵ . Глобальное распространение аэрозолей, богатых никелем, и их попадание в бассейн Свердруп, примерно на 20 000 км с подветренной стороны от Сибирских траппов ⁵ , во время стратосферных извержений происходило бы быстро (около 4–8 дней). Выпадение вулканических выбросов Ni могло бы значительно изменить изотопный состав Ni в морской воде, что привело бы к наблюдаемым значениям света δ ⁶⁰ Ni в формации Black Stripe (рис.2).

Увеличение δ ⁶⁰ Ni на 1,23 ‰ с -0,91 до 0,32 ‰ во время бескислородного интервала формации Black Stripe Formation может отражать постепенное уменьшение поступления аэрозолей, богатых никелем (рис. 2). Резкое падение содержания Ni вблизи уровня экстинкции свидетельствует о значительном снижении нагрузки богатых никелем аэрозолей в бассейн Свердруп во время EPME. Это также может отражать быстрое удаление Ni за счет экспансии метаногенов, что привело к появлению большого скопления метана в океане, что способствовало глобальным выбросам отрицательных изотопов углерода ¹⁶ (рис.2). Сульфидные черные сланцы верхней части формации Black Stripe (от −2 до 0 м) имеют значения δ ⁶⁰ Ni от 0,07 до 0,34 ‰, аналогичные значениям δ ⁶⁰ Ni 0,14–0,51 ‰ для сульфидных отложений в современное Черное море. После вымирания сопоставимые значения δ ⁶⁰ Ni, равные 0–0,34 ‰, наблюдаются для сульфидных черных сланцев нижней формации Блинд фьорд (рис. 2). Значения δ ⁶⁰ Ni из верхней части формации Black Stripe и нижней части формации Blind Fiord предполагают, что цикличность Ni и изотопные вариации были подобны современным условиям Черного моря и согласуются с данными для эвксинии в то время ^5,20,21 .

Последствия массового вымирания в конце пермского периода

Хотя ранее были задокументированы заметные изменения окружающей среды вблизи горизонта EPME, наши результаты демонстрируют, что экологические возмущения, вызванные магматизмом STLIP, начались задолго до массового вымирания в конце перми, и многое другое. что важно, пути к экологическим обострениям, ведущим к EPME, становятся более ясными (рис. 4). Наши данные о содержании Ni и Ni δ ⁶⁰ являются убедительным доказательством загрузки аэрозолей с высоким содержанием никеля в бассейн Свердруп и связи между извержением STLIP, переносом аэрозолей с высоким содержанием никеля в атмосферу, изменениями химического состава океана и массой. вымирание (рис.4). Разрез озера Бьюкенен имел палеошироту 35-40 ° с.ш. от позднего карбона до раннего триаса, и извержения STLIP, вероятно, происходили на ~ 60 ° с.ш. (ссылка ¹⁹ ) (рис. 1C). Таким образом, прекрасно сохранившийся участок озера Бьюкенен в бассейне Свердруп в канадской высокой Арктике содержит беспрецедентные свидетельства изменений окружающей среды, вызванных STLIP.

События хемостратиграфии изотопа углерода и загрузки угольной золы взяты из исх. ⁵ и аномалии Hg взяты из исх. ¹¹ . Палео-окислительно-восстановительные условия взяты из исх. ^21,22 .

Наши данные показывают, что объемное выделение богатых никелем газов, вызванное магматизмом STLIP, изменило химический состав позднепермского океана задолго до EPME (рис. 4). Никель является биологически важным следовым металлом, и увеличение концентраций никеля в бассейне Свердруп могло привести к увеличению первичной продуктивности, что подтверждается постоянным увеличением ТОС в течение того же интервала ⁵ (рис.4). Повышенная первичная продуктивность могла привести к истощению кислорода в водяных столбах, что объясняет переход к все более аноксическим условиям перед основным исчезновением (рис. 4). Дальнейшая деградация окружающей среды ускорилась из-за основного извержения STLIP около горизонта вымирания (рис. 4). Пик отношения Hg / TOC около горизонта вымирания в озере Бьюкенен предполагает токсичные условия для Hg ^9,11 (рис. 4). Во время основного извержения дегазация порогов и богатых летучими веществами отложений карбонатов и угля в результате контактного метаморфизма могла привести к высвобождению чрезвычайно высоких концентраций знаковых парниковых газов CO ₂ и CH ₄ , что привело к быстрому глобальному потеплению, океанической эвксинии. , и катастрофические изменения климата ^{4,5,6,7,8,13,14,52,53} (рис.4). Нагревание порога и карбонизация содержащих органическое вещество осадочных пород в Тунгусском бассейне, а также распространение метаногенных архей в океанах представляют собой вероятный источник углерода, обедненного углеродом ¹³ C, что способствует выраженному глобальному отрицательному значению δ ^{. 13} C экскурсия на горизонте вымирания ^5,7,8,16,52 (рис. 4).

Нарушения окружающей среды из-за объемных аэрозолей, богатых никелем, в сочетании с климатическими изменениями, вызванными парниковыми газами, выделяемыми STLIP, такими как CO ₂ и CH ₄ , вероятно, привели к непрерывным экологическим катастрофам, что привело к окончанию пермской массы вымирание.Нет никаких сомнений в том, что измерения изотопов Ni в разрезе озера Бьюкенен открывают новое окно в нашем понимании причинно-следственной связи между магматизмом STLIP и EPME, а дальнейшее изучение изотопов Ni в позднепермско-раннетриасовых сукцессиях во всем мире улучшит наше понимание глобальные климатические изменения и самый разрушительный биотический кризис в истории Земли.

Особенности формирования населения Сибири

Миграция населения играла основную роль в развитии северо-восточных регионов России, а процессы естественного расселения и воспроизводства новых поколений были их последствиями.Можно выделить основные периоды формирования населения. Период становления с начала развития (вторая половина XVI века) по 20-е годы прошлого века. Период освоения и интенсивного использования человеческих ресурсов (до начала 80-х годов прошлого века), когда население увеличилось более чем вдвое и достигло 28 млн человек, из них 3 млн проживали в приполярных регионах. К концу ХХ века наступил период инертного роста и стабилизации численности населения с последующим этапом его сокращения.Основная фундаментальная особенность сибирской популяции — ее генетическое разнообразие. Это, с одной стороны, указывает на биологическую устойчивость новых поколений населения Сибири, а с другой — предопределяет формирование особенностей патологии и распространенность заболеваний среди различных категорий и этнических групп населения. Интенсивное использование природных ресурсов Сибири (в том числе людей), неадекватное социально-экономическое развитие сибирских территорий отражается в высоких уровнях потери здоровья населения в результате смертности, инвалидности и заболеваемости от несчастных случаев и травм, болезней крови. системы кровообращения, респираторные и желудочно-кишечные заболевания, злокачественные новообразования, алкоголизм, венерические заболевания (что в некоторых этнических регионах в 1,5-5,5 раза выше среднего показателя по России).Большинство из этих заболеваний относятся к категории социально значимых патологий и выявляют проблемы обеспечения жилищных условий и медицинской помощи в этих регионах. Можно предположить, что, несмотря на негативные тенденции потери здоровья населения Сибири, сохранение биологической (генетической) устойчивости новых поколений возможно, если государство и общество устранят негативные социально-экономические и экологические последствия освоения Северо-Востока. регионы России.