Palaeozoic carbon isotope anomalies and sample-scale component analysis

Abstract

Paleosoikumi karbonaatsete settekivimite süsinuku isotoopkoostise uuringud on peaaegu eranditult keskendunud täiskivimi analüüsidele, et rekonstrueerida paleokliimat, eeldades isotoopkoostise piiratud heterogeensust proovi-skaalas. Mitmed uuringud on aga näidanud, et erinevate kivimi komponentide δ13C väärtused võivad võrreldes täiskivimiga oluliselt erineda. Erilist tähelepanu on pööratud positiivsetele δ13C ekskursioonide uurimisele, mis tõenäoliselt peegeldavad kindlaid kliimasündmusi. Antud töö keskendub kahele suurimale Paleosoikumi δ13C ekskursioonile, Hirnanti Süsiniku Isotoobi Ekskursioon (HICE) Ordoviitsiumi ajastu lõpus ja Kesk-Ludfordi Süsiniku Isotoobi Ekskursioon (MLCIE) Siluri ajastul. Varasemad täiskivimi uuringud on näidanud kõrgete δ13C väärtustega karbonaatkivimite intervallide esinemist Balti piirkonna läbilõigetes, mis stratigraafiliselt vastavad HICE ja MLCIE esinemise tasemetele. Uurimaks nende kõrge δ13C väärtusega kivimite isotoopkoostise homogeensust, valiti eelnevalt teostatud täiskivimi analüüside tulemuste põhjal kaks proovi, Põhja-Eesti Pandivere piirkonna Karinu ja Kamariku puursüdamike HICE intervallis, üks proov Lõuna-Eesti Otepää südamiku HICE intervallist ja kaks proovi Kesk-Leedu Vidukle puursüdamiku MLICE intervallist. Prooviskaalas teostatud mass-spektromeetriliste (IRMS ja SIMS) analüüside tulemused näitavad, et isegi väikestest proovidest saadud erinevate kivimkomponentide koostise hajuvus keskmisest ning täiskivimi väärtusest suureneb koos analüüsitud materjalide litoloogilise heterogeensuse suurenenemisega. Piiratud heterogeensust proovi-skaalas ja head vastavust täiskivimi δ13C väärtustega on näha mikriitsetes proovides, samas kui mudalis-teraliste ja teraliste lubjakiviproovide δ13C väärtuste vahemik on kuni 5‰ ning mitmete komponentide väärtused on kuni 3‰ raskemad kui täiskivimi väärtused. Litoloogiliselt erinevatele proovidele tehtud uuringu tulemusena on võimalik anda enne proovide analüüsimist hinnang, vähendades proovide arvu ning samal ajal säilitades andmete usalduväärsust, et rekonstrueerida δ13C kõveraid, mis võiksid täpsemini peegeldada settimisaegseid tingimusi. Umbes 3‰ δ18O varieeruvust on näidatud litoloogiliselt kõige heterogeensemas Otepää proovis ning saadud kombineeritud andmed kinnitavad, et isotoopsignaalid ei ole täielikult diageneesist mõjutatud. Lisaks võib kõrge magneesiumi sialdusega materjalides näha 18O-ga rikastumist (∼1‰), mida toetavad ka varasemad uuringud.