Resolving sedimentary sulphur cycling during the Shunga Event (early Paleoproterozoic) with sulphur isotopes
Final Report Abstract
Der Übergang vom Archaikum zum Paläoproterozoikum und das frühe Paläoproterozoikum sind durch deutliche Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung des Ozean- Atmosphäre-Systems charakterisiert, wobei vor allem der deutliche Anstieg im O2-Gehalt der Erdatmosphäre vor ca. 2350 Millionen Jahren weitreichende Konsequenzen für die Milieubedingungen und damit auch die Entwicklung des Lebens auf der Erde hatte. Eines der Schlüsselereignisse von globaler Bedeutung während des frühen Paläoproterozoikums war die Ablagerung extrem hoher Mengen an organischem Material während des sog. Shunga Events vor ca. 2 Milliarden Jahren. Das Vorkommen beinhaltet autochthones organisches Material im Muttergestein aber auch migriertes Bitumen sowie subaquatisch ausgeflossenes und heute lithifiziertes Erdöl in überlagernden Schichten. Petrographische und geochemische Daten belegen klar, dass dieses organische Material durch aerob und anaerob ablaufende mikrobiell gesteuerte Prozesse remineralisiert worden ist. Das Forschungsvorhaben war eingebettet in das multidisziplinäre und multinationale Vorhaben „Fennoscandian Arctic Russia – Drilling Early Earth Project (FAR-DEEP)“ und hatte Untersuchungen zum Schwefelkreislauf während des Shunga Events zum Ziel. Petrographische Untersuchungen belegen deutliche Unterschiede in der Häufigkeit und in der Textur des Pyrits. Über die gesamte Zaonega Formation betrachtet reicht das Spektrum von fein verteilt auftretendem Pyrit bis zu idiomorphem Pyrit, von eindeutigem Überwuchs prä-existierender Pyrite bis hin zu Pyrit-gefüllten Adern und Gängen, welche als Mobilisierungswege für migriertes Bitumen anzusehen sind. Die petrographischen Befunde machen deutlich, dass unterschiedliche Bildungsbedingungen für die Vielfalt der Pyritmorphologie verantwortlich sind, was auch in der Isotopengeochemie erkennbar sein sollte. Die Schwefelisotope zeigen sehr deutliche Variationen mit δ34S-Werten zwischen -23 und +34 ‰. Eine stratigraphische Entwicklung hin zu 34S-angereicherten Werten im oberen Teil der Zaonega Formation ist klar erkennbar, wobei keine direkte Korrelation zwischen dem Gehalt an Gesamtschwefel und der Schwefelisotopie des sulfidisch gebundenen Schwefels existiert. Neben den traditionellen δ34S-Werten wurden an ausgewählten Proben auch die seltenen stabilen Schwefelisotope 33S und 36S gemessen. Hoch-ortsaufgelöste in-situ Messungen der multiplen Schwefelisotope ergaben eine Gesamtvariationsbreite der Δ33S-Werte zwischen +0.70 und -0.50 ‰. Diese Werte liegen klar außerhalb des Rahmens für massenabhängige Isotopenfraktionierung. Mehr noch: die Korrelation zwischen δ34S und Δ33S deutet auf eine lithologische Kontrolle. Variable Schwefelisotopenwerte (δ34S) belegen, dass die bakterielle Sulfatreduktion der primäre Prozess für die Bildung dieser Pyrite war. Die Kombination aus multiplen Schwefelisotopenwerten (δ34S und Δ33S) könnte ggf. auch auf thermochemische Sulfatreduktion hindeuten, wobei deutlich negative δ13C-Werte von Karbonaten unterstützend wären. Inwieweit der Prozess der thermochemischen Sulfatreduktion zwingend durch massenunabhängige Schwefelisotopenfraktionierung gekennzeichnet ist, wird derzeit jedoch kontrovers diskutiert und bleibt daher noch ungeklärt. Wichtig ist es jedoch festzuhalten, dass die hier gefundenen Δ33S-Werte > ± 0.3 ‰ nicht auf ein primäres Atmosphärensignal hindeuten, wie es für das Archaikum und das frühe Paläoproterozoikum (>2,4 Milliarden Jahre) charakteristisch ist.
Publications
- (2011) A record of Paleoproterozoic sulfur cycling from ~2 Ga Zaonega Formation, NW Russia. Mineralogical Magazine 75: 1449
Meister, D., Melezhik, V.A., Lepland, A., Strauss, H.
- (2012) Shunga Event: capturing early Paleoproterozoic sulphur cycling in Karelia. European Mineralogical Conference Vol. 1, EMC2012-276
Meister, D., Strauss, H.
- (2013) Reconstruction of early Palaeoproterozoic sulfur cycling: sulfur isotope analysis of Shungite bearing rocks. Geophysical Research Abstracts Vol. 15, EGU2013-9666-1
Meister, D., Strauss, H., Whitehouse, M.
