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Aug 16, 2023

Caratteristiche isotopiche del carbonio e dell'ossigeno delle rocce carbonatiche nel sistema Jixiano mesoproterozoico del bacino dell'Ordos e loro implicazioni

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 14082 (2023) Citare questo articolo

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Il paleoambiente delle rocce carbonatiche Jixiane nel bacino mesoproterozoico dell'Ordos è studiato mediante analisi degli isotopi del carbonio e dell'ossigeno, analisi dell'ambiente diagenetico e ripristino della paleosalinità e della paleotemperatura. I risultati indicano che le rocce carbonatiche del Sistema Jixian sono sempre state in un ambiente vicino alla superficie e non sono state sepolte in profondità. Gli intervalli di variazione in δ13CPDB e δ18OPDB sono relativamente ristretti, variando rispettivamente da −5,75 a 1,41‰ e da −8,88 a −4,01‰, il che è coerente con l'ambiente sedimentario stabile della piatta marea durante il Mesoproterozoico nell'area di studio. I valori di paleosalinità (Z) vanno da 111,7 a 127,1, e i valori di paleotemperatura (T) vanno da 32,7 a 57,33 °C, indicando un ambiente paleoclimatico relativamente caldo durante l'era mesoproterozoica nell'area di studio. L’analisi mostra che in un ambiente paleoclimatico caldo, sebbene gli isotopi di carbonio e ossigeno, Z e T presentino alcune fluttuazioni, i loro intervalli sono relativamente piccoli, riflettendo in una certa misura l’ambiente tettonico stabile dell’area di studio durante l’era mesoproterozoica. Una ricerca approfondita mostra che il bacino dell'Ordos aveva un clima caldo e un ambiente tettonico stabile nel Mesoproterozoico, il che potrebbe essere una buona risposta alla posizione del Blocco della Cina settentrionale vicino all'equatore e al continuo cedimento termico nel Mesoproterozoico.

Il Mesoproterozoico è una fase importante nella storia geologica della convergenza e frammentazione del supercontinente, durante la quale si è verificato un evento tettonico globale, e il metodo analitico rappresentato dagli isotopi di carbonio e ossigeno fornisce un'analisi più ragionevole1,2,3,4,5. Alla fine del XX secolo, i metodi basati sugli isotopi del carbonio e dell'ossigeno furono ampiamente utilizzati nello studio dell'aggregazione e della frammentazione di più supercontinenti e della Terra Palla di neve nel Proterozoico, con risultati soddisfacenti6,7,8,9,10. Le rocce carbonatiche contengono molte informazioni sulle caratteristiche degli ambienti sedimentari, tra cui gli isotopi dell'ossigeno possono determinare la temperatura e la salinità dell'antica acqua di mare11; la composizione isotopica del carbonio registra l'interazione tra il ciclo globale del carbonio e l'atmosfera-oceano-biosfera12 e può essere ampiamente utilizzata per correlazioni stratigrafiche su scala globale o regionale13; allo stesso tempo, gli isotopi del carbonio possono riflettere i cicli oceanici, la produttività degli oceani, la fornitura di detriti terrestri, ecc., fornendo la possibilità di studiare l'antico ambiente marino. Fino ad ora, gli isotopi del carbonio e dell’ossigeno delle rocce carbonatiche sono stati ampiamente utilizzati per la divisione e la correlazione stratigrafica globale, nonché per le ricostruzioni della paleotemperatura, del paleoambiente e del paleoclima.

Gli studiosi hanno condotto ricerche approfondite sull'uso degli isotopi del carbonio e dell'ossigeno nelle rocce carbonatiche proterozoiche. Li et al.14, attraverso l'analisi isotopica della materia organica proterozoica e delle rocce carbonatiche paragenetiche nel bacino dello Yanshan, hanno suggerito che gli isotopi del carbonio possono essere una buona registrazione dei cambiamenti della comunità biologica con l'innalzamento e l'abbassamento dell'acqua di mare. Chu et al.15 hanno condotto un'analisi sistematica delle caratteristiche degli isotopi del carbonio delle rocce carbonatiche proterozoiche nel sistema Jixian e hanno proposto che gli elevati valori degli isotopi del carbonio durante due periodi di tempo sul profilo possano essere risposte a due eventi tettonici a livello globale. Luo et al.16 hanno studiato gli strati mesoproterozoici nell'area di Kuancheng e hanno dimostrato che gli isotopi del carbonio e dell'ossigeno sono strettamente correlati alla fioritura algale e alle fluttuazioni del livello del mare. L'applicazione riuscita dei metodi sugli isotopi del carbonio e dell'ossigeno nel proterozoico e in altri strati antichi e l'analisi delle rocce carbonatiche marine di diverse età mediante metodi analitici sugli isotopi del carbonio e dell'ossigeno mostrano che possono essere un mezzo efficace per ripristinare l'ambiente antico17,18,19, 20,21.

 120, it formed by marine sedimentation, and when Z < 120, it formed by freshwater sedimentation. This formula has been widely used in restoring the paleosalinity of carbonate sedimentary environments in various geological historical periods16,48,49. In this study, most of the samples have Z values greater than 120, except for KH-13 and KH-15 (which have values less than 120 but near it), which indicates that the carbonate rocks in the region were formed in a stable marine environment; this is consistent with the research results of Liu et al.56 and also with the sedimentary environment of that period29. In terms of overall results, the range of Z value variation is not significant, indicating a relatively small climate change and stable tectonic environment during the Mesoproterozoic. However, further verification is needed to determine whether the Z value can serve as a quantitative indicator to characterize paleosalinity changes in the study area. Correlation coefficient analysis was conducted on carbon and oxygen isotopes and Z values, as shown in Fig. 5. The fitting equation between δ13C and Z values was y = 0.4527x − 56.294, with a correlation coefficient of 0.9701. The fitting equation between δ18O and Z values was y = 0.1465x − 24.116, with a correlation coefficient of 0.1673. The results indicate that the correlation between δ18O and Z values is strong, while the correlation coefficient between δ13C and Z values is weak, which may be closely related to the flourishing of algae and the rise and fall of sea level14,16./p>

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