Скачать презентацию Океанское кремненакопление Матуль Александр Геннадьевич Доктор геолого-минералогических наук
Кремненакопление_Геол ф-т.ppt
- Количество слайдов: 38
Океанское кремненакопление Матуль Александр Геннадьевич Доктор геолого-минералогических наук Заведующий лабораторией палеоэкологии и биостратиграфии Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН
2 Полезная литература • Геохимия кремнезема. М. : Наука, 1966 • Лисицын А. П. Процессы океанской седиментации. М. : Наука, 1978 • Ragueneau O. et al. A review of the Si cycle in the modern ocean: recent progress and missing gaps in the application of biogenic opal as a paleoproductivity proxy. Global and Planetary Change, 2000. V. 26. P. 317 – 365 • Sarmiento J. L. and Gruber N. Ocean Biogeochemical Dynamics. Princeton University Press, 2006
3 Кремнезем в современных осадках (Лисицын, 1966) 10 -30 % Si. O 2 – слабокремнистые осадки >30 % Si. O 2 – кремнистые осадки
Кремнезем в современных осадках (Sarmiento and Gruber, 2006) Методы определения Si. O 2 в осадках: 1) рентген 2) инфракрасное излучение 3) «мокрая» химия 4
5 Диатомовый ил: СВ Пацифика, континентальный склон Калифорнии, колонка IMAGES MD 02 -2508
6 Термины в англоязычной литературе применительно к кремнию: • Silicon: кремний как химический элемент • Silica: двуокись кремния Si. O 2 в кристаллической (кварц) и аморфной (опал) – гидратированной или гидроксильной – форме (Si. O 2*n. H 2 O – содержит около 10 % воды); биогенный опал диатомей и радиолярий – biogenic silica (осадки из биог. опала – biogenic or diatomaceous oozes) • Silicic acid: как правило, ортокремниевая кислота H 4 Si. O 4 , – в океане кремний содержится преимущественно в ортокремниевой кислоте, которая образуется при окислении силикатных солей • Silicate: любая из ионизированных форм ортокремниевой кислоты • Siliciclastics: некарбонатные терригенные осадки с большим (преобладающим) содержанием Si. O 2 и/или силикатных минералов
7 • Кремнезем Мирового океана: количество растворенного больше количества взвешенного в среднем в 20 -25 раз; даже в антарктическом поясе кремненакопления в 3 -4 раза • Кристаллический (терригенный) кремнезем (силикаты + алюмосиликаты + кварц): 60 -65 % литосферы, до 30 % взвеси и донных осадков океана • Валовый (терригенный и биогенный) кремнезем: более 50 % современных осадков вне карбонатной зоны • Валовый кремнезем: от 0. 3 до 48 % взвеси на поверхности океана • Биогенный кремнезем: от 2. 6 до 99 % валового кремнезема во взвеси с максимумом в высоких широтах • Биогенный кремнезем: от 0. 1 до 39 % поверхностной взвеси; 10 -30 % – вокруг Антарктики, до 5 % - на экваторе, 10 % и более – в Северной Пацифике
8 Факторы биопродуктивности в океане ЭНЕРГИЯ: солнечный свет и температура. ВЕЩЕСТВО: углекислый газ и биогенные элементы ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ: перемешивание водной толщи для подъема биогенов наверх и приповерхностная стратификация для удержания биогенов в слое фотосинтеза
9 Фитопланктон: 70 % диатомей Свет Первичная продукция Новая продукция Миграции зооп ц Экспортная продукция Апвеллинг биогенов ие части Осажден ланктона Эуфотическая зона Реминерализация Афотическая зона Биогены Седиментация
10 • Прекращение жизни в океане = мгновенное увеличение содержания атм. СО 2 до 500 ppmv ( «доиндустриальное» содержание 280 ppmv) • Отсутствие фотосинтеза = атмосферное давление в 60 раз больше современного, температура 300 °С (условия Венеры) • Энергия на полимеризацию биогенного кремнезема диатомей составляет 8 % от энергии на синтез органических стенок клеток
• Диатомовые водоросли производят первичной продукции более 90 % в MIZ, не более 25 -30 % в субтропических круговоротах • Первичная продукция (ПП) океана – 60 Gt (5000 Tmol) C в год • В прибрежных зонах и дивергенциях производится 1000 Tmol/год или 20 % по общей массе, но 330 г. С/м 2/год по удельной массе; здесь диатомеи создают 75 % ПП • В открытом океане – 4000 Tmol/год или 80 % по общей массе, но 150 г. С/м 2/год по удельной массе; здесь диатомеи создают 35 % ПП • Итоговая роль диатомей в создании ПП: (0. 35 х4000)+(0. 75 х1000)=2150 Tmol С в год или 26 Gt С в год • Молярное соотношение Si/C в диатомеях =0. 13 в среднем для океана: биогенный захват кремния диатомеями – 2150 х0. 13=280 Tmol Si в год или 7. 84 Gt Si в год • Биогенный экспорт кремния 1. 4 Gt Si в год 11
12 (Treguet et al, 1995 – Science) • • Общее содержание кремния в океане – 1017 M Средняя концентрация Si – 70 μM/m 3 В осадках захороняется 3 % Si Срок «жизни» Si в океане – 400 лет
13 Нитраты в поверхностной воде океана
14 Фосфаты в поверхностной воде океана
15 Нитраты в глубинной воде океана: удобрение для фитопланктона Чем «старше» вода, тем больше в ней биогенов NO 3, μmol/l
Кремнекислота в поверхностной воде океана 16
17 Кремнекислота: вертикальный профиль через океан Сев. Атлантика Антарктика Сев. Пацифика
18 Запас кремнекислоты и развитие диатомей Egge & Aksnes, 1992 - MARINE ECOLOGY PROGRESS SERIES
19 Среднегодовая концентрация хлорофилла а на поверхности океана
20 Экспорт биогенного кремнезема
21 Экспорт взвешенного Сорг
Железо и биопродуктивность океана Iron Enrichment Study in 2002 (J. Gower, B. Crawford, and F. Whitney, Institute of Ocean Sciences, Sidney BC) NASA Sea. Wi. FS • Добавление 1 т Fe в океан = удаление 30 -110 тыс. т С из атмосферы • «Удобрение» Fe всего Южного океана = удаление из атмосферы 10 -25 % глобальной годовой эмиссии С 22
Годовой баланс кремния в океане (Тмоль=1012 моль) 23
Сохранность и растворение кремнезема при седиментации • 1) Области активной аккумуляции Si. O 2: создается 1025 % глобального Si. O 2, захороняется от произведенного 15 -25 % Si. O 2 • 2) Открытый олиготрофный океан: создается 75 -90 % глобального Si. O 2, но почти ничего не захороняется • Следовательно, сохранность Si. O 2 определяет географическое районирование Si. O 2 в осадках • Факторы растворения (сохранности): глубина моря, температура подповерхностного слоя, геохимия металлов, биологические процессы (формирование агрегатов, избирательное выедание) 24
25 Растворение Si. O 2 в разных районах океана
26 Экосистемы суши как источник биокремнезема 16 % кремния в речном стоке – биогенный кремний BSi
Фитолиты, пресноводные и почвенные диатомеи Фитолиты – палеоэкологический индикатор 27
Экспорт Bsi лесными сообществами Годовая продукция BSi на суше – 60 -200 Tmol, что сопоставимо с продукцией океанского Bsi диатомеями 28
Кремневый и Карбонатный Океаны 29 Карб. океан: • С неорг>Сорг • не уменьшает атм. СО 2 Кремн. океан: • удаляет атм. СО 2 • раств. С →взв. Сорг Honjo, 1997 - Oceanus
Содержания атм. СО 2 в фанерозое (Berner and Kothavala, 2001) 30
Изменения содержания атм. СО 2 в плейстоцене 31
δ 30 Si (‰) в поверхностном слое океана (рис. слева) и донных осадков (рис. справа) δ 30 Si ‰ SMOW – показатель утилизации кремния (использования в биоминерализации) 28 Si : 29 Si : 30 Si =92: 5: 3 Wischmeyer et al. , 2003 - GBC 32
Эволюция цикла Si в геологическом прошлом • Докембрий: морской цикл Si ограничен диагенезом и сорбцией глинистыми минералами, цеолитами и органическим веществом • Фанерозой: океан сильно обогащен кремнекислотой (до 1 m. M) – ее потребляют радиолярии и губки; 150 млн. л. н. развиваются диатомеи – в последние 60 млн. л. главные потребители Si • Сейчас: океан беден Si; большие потоки Si обеспечиваются биологическим рециклингом; Si из абиогенного стал биогенным элементом Van Cappellen, 2003 - Reviews in Mineralogy and Geochemistry 33
34
35 Основные палео-события за посл. 15 млн. лет
Смещение зон аккумуляции кремнезема за посл. 15 млн. лет 36
Начало четвертичных оледенений и ослабление кремненакопления в Северной Пацифике 2. 73 млн. лет назад 37
38 Биогенная седиментация в Охотском море за посл. 1. 1 млн. лет