Vendian Mudrocks Chemical Composition and Some Paleoclimate Quantitative Features in the Middle Urals

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅或者付费存取

详细

It is shown that the lithogeochemical features of the Vendian non-glacial mudrocks in the Middle Urals (Serebryanka and Sylvitsa groups) give reason to believe that the average annual temperatures in paleo-catchments during their accumulation varied from 4 to 21°C. Such temperatures mainly comply to temperate and warmly temperate less often warm climates. Calculated RW-index values also suggest that the paleoclimate in the Vendian catchment areas was generally temperate. At the same time, some mudrock samples of the Garevka, Kernos, and Perevalok formations, as well as the Kobylii Ostrov Member of the Chernyi Kamen Formation, have RW-index values comparable to those of modern continental or subarctic climate. Variations in RW-index values and reconstructed MAP values demonstrate similar cooling/warming trends for clay rocks of non-glacial intervals of the Vendian in the Middle Urals.

全文:

受限制的访问

作者简介

O. Melnichuk

Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry of the Ural Branch of the RAS

编辑信件的主要联系方式.
Email: melnichuk@igg.uran.ru
俄罗斯联邦, 15, Academic Vonsovsky St., Yekaterinburg, 620110

A. Maslov

Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry of the Ural Branch of the RAS; Geological Institute of the RAS

Email: amas2004@mail.ru
俄罗斯联邦, 15, Academic Vonsovsky St., Yekaterinburg, 620110; Bldg. 1, 7, Pyzhevsky Lane, Moscow, 119017

参考

  1. Аблизин Б.Д., Клюжина М.Л., Курбацкая Ф.А., Курбацкий А.М. Верхний рифей и венд западного склона Среднего Урала. М.: Наука, 1982. 140 с.
  2. Алисов Б.П., Полтараус Б.В. Климатология. М.: МГУ, 1974. 298 с.
  3. Вендская система. Историко-геологическое и палеонтологическое обоснование. Т. 2. Стратиграфия и геологические процессы. М.: Наука, 1985. 238 с.
  4. Гражданкин Д.В., Марусин В.В., Меерт Дж. и др. Котлинский горизонт на Южном Урале // Докл. PАН. 2011. Т. 440. № 2. С. 201–206.
  5. Гражданкин Д.В., Маслов А.В. Место венда в международной стратиграфической шкале // Геология и геофизика. 2015. Т. 56. № 4. С. 703–717.
  6. Гражданкин Д.В., Маслов А.В., Крупенин М.Т. Строение и этапы формирования вендских отложений сылвицкой серии западного склона Среднего Урала // Стратиграфия. Геол. корреляция. 2009. Т. 17. № 5. С. 20–40.
  7. Гражданкин Д.В., Маслов А.В., Крупенин М.Т., Ронкин Ю.Л. Осадочные системы сылвицкой серии (верхний венд Среднего Урала). Екатеринбург: УрО РАН, 2010. 280 с.
  8. Ибламинов Р.Г., Курбацкая Ф.А., Лебедев Г.В. Металлогения рифея и венда западного склона Северного и Среднего Урала // Геология и минерагения докембрия северо-востока Европейской платформы и севера Урала. Сыктывкар: Геопринт, 1996. С. 76–77.
  9. Иванцов А.Ю., Разумовский А.А., Закревская М.А. Макрофоссилии верхнего венда Восточной Европы. Средний и Южный Урал. М.: ПИН РАН, 2018. 190 с.
  10. Климат в эпохи крупных биосферных перестроек / Отв. ред. М.А. Семихатов, Н.М. Чумаков. М.: Наука, 2004. 299 с.
  11. Клюжина М.Л. Вендская система Урала. Свердловск: УрО АН СССР, 1991. 60 с.
  12. Клюжина М.Л. Этапы осадконакопления докембрийской и раннепалеозойской истории Урала // Стратиграфия и литология докембрийских и раннепалеозойских отложений Урала. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1982. С. 9–22.
  13. Кузнецов Н.Б., Белоусова Е.А., Крупенин М.Т. и др. Результаты геохронологического и изотопно-геохимического изучения циркона из туфов сылвицкой серии (западный склон Среднего Урала): к происхождению пепловых прослоев в вендских толщах Восточно-Европейской платформы // Докл. РАН. 2017. Т. 473. № 3. С. 341–345.
  14. Курбацкая Ф.А. Магматизм, метаморфизм и металлогения ранневендского интракратонного рифта на Урале // Магматизм и геодинамика. Материалы 1-го Всерос. петрограф. совещания. Т. 1. Уфа: УНЦ РАН, 1995. С. 116–117.
  15. Курбацкая Ф.А. О строении и развитии зоны сочленения западного Урала и Восточно-Европейской платформы в позднем докембрии // Докембрийские вулканогенно-осадочные комплексы Урала. Свердловск: УНЦ РАН, 1986. С. 50–59.
  16. Маслов А.В. Венд Среднего Урала: палеоклиматические реконструкции на основе химических индексов изменения состава пород // Литосфера. 2022. Т. 22. № 2. С. 153–178.
  17. Маслов А.В., Крупенин М.Т., Киселева Д.В. Литогеохимия тонкозернистых алюмосиликокластических пород серебрянской серии венда Среднего Урала // Геохимия. 2011. № 10. С. 1032–1062.
  18. Маслов А.В., Меерт Дж., Левашова Н.М. и др. Новые данные о возрасте ледниковых отложений венда Среднего Урала // Докл. РАН. 2013. Т. 449. № 3. С. 322–327.
  19. Маслов А.В., Подковыров В.Н. Индексы химического выветривания и их использование для палеоклиматических реконструкций (на примере разреза венда‒нижнего кембрия Подольского Приднестровья) // Литология и полез. ископаемые. 2023. № 3. С. 249–273.
  20. Маслов А.В., Подковыров В.Н. Категории водосборов-источников тонкой алюмосиликокластики для осадочных последовательностей венда северной и восточной частей Восточно-Европейской платформы // Литология и полез. ископаемые. 2021. № 1. С. 3–27.
  21. Маслов А.В., Подковыров В.Н., Гареев Э.З., Граунов О.В. Изменения палеоклимата в позднем докембрии (по данным изучения верхнедокембрийского разреза Южного Урала) // Литология и полез. ископаемые. 2016. № 2. С. 129–149.
  22. Мельничук О.Ю., Маслов А.В. Химический состав глинистых пород стратотипа рифея и некоторые количественные характеристики палеоклимата // Литосфера. 2025. Т. 25. № 4. С. 27–42.
  23. Ронкин Ю.Л., Гражданкин Д.В., Маслов А.В. и др. U-Pb (SHRIMP-II)-возраст цирконов из пепловых туфов чернокаменской свиты сылвицкой серии венда (Средний Урал) // Докл. РАН. 2006. Т. 411. № 3. С. 354–359.
  24. Рязанцев А.В., Разумовский А.А., Новиков И.А. и др. Возраст вулканических туфов в разрезах басинской и зиганской свит ашинской серии венда (эдиакария) на Южном Урале: результаты U–Th–Pb (SIMS и La–ICP–MS) датирования акцессорного циркона // Докл. РАН. Науки о Земле. 2023. Т. 508. № 1. С. 68–78.
  25. Федорова Н.М., Левашова Н.М., Баженов М.Л. и др. Восточно-Европейская платформа в конце эдиакария: новые палеомагнитные и геохронологические данные // Геология и геофизика. 2013. Т. 54. № 11. С. 1782–1794.
  26. Хромов С.П., Петросянц М.А. Метеорология и климатология. М.: Изд-во МГУ, 2006. 582 с.
  27. Чумаков Н.М. Ледниковый и безледниковый климат в докембрии // Климат в эпохи крупных биосферных перестроек. М.: Наука, 2004а. С. 259–270.
  28. Чумаков Н.М. Общий обзор позднемезозойского климата и событий // Климат в эпохи крупных биосферных перестроек. М.: Наука, 2004б. С. 44–51.
  29. Чумаков Н.М. Оледенения Земли: История, стратиграфическое значение и роль в биосфере. М.: ГЕОС, 2015. 160 с.
  30. Чумаков Н.М., Сергеев В.Н. Проблема климатической зональности в позднем докембрии. Климат и биосферные события // Климат в эпохи крупных биосферных перестроек. М.: Наука, 2004. С. 271–289.
  31. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Геохимические индикаторы литогенеза (литологическая геохимия). Сыктывкар: Геопринт, 2011. 742 с.
  32. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. Основы литохимии. СПб.: Наука, 2000. 479 с.
  33. Юдович Я.Э., Кетрис М.П., Рыбина Н.В. Геохимия титана. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2018. 432 с.
  34. Юдович Я.Э., Кетрис М.П., Рыбина Н.В. Геохимия фосфора. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 2020. 512 с.
  35. Algeo T.J., Li C. Redox classification and calibration of redox thresholds in sedimentary systems // Geochim. Cosmochim. Acta. 2020. V. 287. P. 8–26.
  36. Braccialli L., Marroni M., Pandolfi L., Rocchi S. Geochemistry and petrography of Western Tethys Cretaceous sedimentary covers (Corsica and Northern Apennines): from source areas to configuration of margins // Sedimentary Provenance and Petrogenesis: Perspectives from Petrography and Geochemistry / Eds J. Arribas, S. Critelli, M. Johnsson. J. Geol. Soc. Am. Spec. Pap. 2007. № 420. P. 73–93.
  37. Cho T., Ohta T. A robust chemical weathering index for sediments containing authigenic and biogenic materials // Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol. 2022. V. 608. 111288.
  38. Condie K.C. Chemical composition and evolution of the upper continental crust: contrasting results from surface samples and shales // Chem. Geol. 1993. V. 104. P. 1–37.
  39. Condie K.C., Wronkiewicz D.A. The Cr/Th ratio in Precambrian pelites from the Kaapvaal Craton as an index of craton evolution // Earth Planet. Sci. Lett. 1990. V. 97. P. 256–267.
  40. Dellinger M., Gaillardet J., Bouchez J. et al. Lithium isotopes in large rivers reveal the cannibalistic nature of modern continental weathering and erosion // Earth Planet. Sci. Lett. 2014. V. 401. P. 359–372.
  41. Deng K., Yang S., Guo Y. A global temperature control of silicate weathering intensity // Nat. Commun. 2022. V. 13. № 1. P. 1781.
  42. Dinis P.A., Garzanti E., Hahn A. et al. Weathering indices as climate proxies. A step forward based on Congo and SW African river muds // Earth-Sci. Rev. 2020. V. 201. 103039.
  43. Duzgoren-Aydin N.S., Aydin A., Malpas J. Re-assessment of chemical weathering indices: case study on pyroclastic rocks of Hong Kong // Engineering Geol. 2002. V. 63. P. 99–119.
  44. Fedo C.M., Babechuk M.G. Petrogenesis of siliciclastic sediments and sedimentary rocks explored in three-dimensional Al2O3–CaO*+Na2O–K2O–FeO+MgO (A–CN–K–FM) compositional space // Can. J. Earth Sci. 2023. V. 60. P. 818–838.
  45. Fedo C.M., Nesbitt H.W., Young G.M. Unraveling the effects of potassium metasomatism in sedimentary rocks and paleosols, with implications for paleoweathering conditions and provenance // Geology. 1995. V. 23. P. 921–924.
  46. Floyd P.A., Leveridge B.E. Tectonic environment of the Devonian Gramscatho basin, south Cornwall: framework mode and geochemical evidence from turbiditic sandstones // J. Geol. Soc. (London). 1987. V. 144. P. 531–542.
  47. Gaillardet J., Dupré B., Louvat P., Allègre C.J. Global silicate weathering and CO2 consumption rates deduced from the chemistry of large rivers // Chem. Geol. 1999. V. 159. P. 3–30.
  48. Garzanti E., Resentini A. Provenance control on chemical indices of weathering (Taiwan river sands) // Sediment. Geol. 2016. V. 336. P. 81–95.
  49. Geiger R. Klassifikation der Klimate nach W. Köppen // Landolt-Börnstein – Zahlenwerte und Funktionen aus Physik, Chemie, Astronomie, Geophysik und Technik, alte Serie V. 3. Berlin: Springer, 1954. P. 603–607.
  50. Geologic Time Scale 2020. V. 1 / Eds F.M. Gradstein, J.G. Ogg, M.D. Schmitz, G.M. Ogg. Amsterdam, Oxford, Cambridge: Elsevier, 2020. 562 p.
  51. Goldberg K., Humayun M. The applicability of the Chemical Index of Alteration as a paleoclimatic indicator: An example from the Permian of the Paraná Basin, Brazil // Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol. 2010. V. 293. P. 175–183.
  52. Grazhdankin D.V. Patterns of evolution of the Ediacaran soft-bodied biota // J. Paleontol. 2014. V. 88. Р. 269–283.
  53. Guo Y., Yang S., Su N. et al. Revisiting the effects of hydrodynamic sorting and sedimentary recycling on chemical weathering indices // Geochim. Cosmochim. Acta. 2018. V. 227. P. 48–63.
  54. Herron M.M. Geochemical classification of terrigenous sands and shales from core or log data // J. Sed. Petrol. 1988. V. 58. P. 820–829.
  55. Köppen W. Die Wärmezonen der Erde, nach der Dauer der heissen, gemässigten und kalten Zeit und nach der Wirkung der Wärme auf die organische Welt betrachtet (The thermal zones of the earth according to the duration of hot, moderate and cold periods and to the impact of heat on the organic world) // Meteorol. 1884. Z. 1. P. 215–226. (Translated and edited by E. Volken and S. Brönnimann. Meteorol. 2011. Z. 20. P. 351–360).
  56. Levashova N.M., Bazhenov M.L., Meert J.G. et al. Paleogeography of Baltica in the Ediacaran: paleomagnetic and geochronological data from the clastic Zigan Formation, South Urals // Precambrian Res. 2013. V. 236. P. 16–30.
  57. Li Z.-X., Evans D.A.D., Halverson G.P. Neoproterozoic glaciations in a revised global palaeogeography from the breakup of Rodinia to the assembly of Gondwanaland // Sediment. Geol. 2013. V. 294. P. 219–232.
  58. Li Z.-X., Liu Y., Ernst R. A dynamic 2000–540 Ma Earth history: From cratonic amalgamation to the age of supercontinent cycle // Earth-Sci. Rev. 2023.V. 238. 104336.
  59. McLennan S.M. Weathering and Global Denudation // J. Geol. 1993. V. 101. P. 295–303.
  60. Meunier A. Les mécanismes de l'altération des granites et le rôle des microsystèmes: étude des arènes du massif granitique de Parthenay (Deux-Sèvres) // Mém. Soc. Géol. Fr. 1980. V. 140. P. 1–80.
  61. Meunier A., Caner L., Hubert F. et al. The weathering intensity scale (WIS): An alternative approach of the Chemical Index of Alteration (CIA) // Am. J. Sci. 2013. V. 313. P. 113–143.
  62. Nesbitt H.W., Fedo C.M., Young G.M. Quartz and Feldspar Stability, Steady and Non‐Steady‐State Weathering, and Petrogenesis of Siliciclastic Sands and Muds // J. Geol. 1997. V. 105. P. 173–192.
  63. Nesbitt H.W., Young G.M. Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites // Nature. 1982. V. 299. P. 715–717.
  64. Peel М.С., Finlayson B.L., McMahon T.A. Updated world map of the Koppen-Geiger climate classification // Hydrol. Earth Syst. Sci. 2007. V. 11. P. 1633–1644.
  65. Pu J.P., Bowring S.A., Ramezani J. et al. Dodging snowballs: geochronology of the Gaskiers glaciation and the first appearance of the Ediacaran biota // Geology. 2016. V. 44. P. 955–958.
  66. Roy D.K., Roser B.P. Climatic control on the composition of Carboniferous–Permian Gondwana sediments, Khalaspir basin, Bangladesh // Gondwana Res. 2013. V. 23. P. 1163–1171.
  67. Rudnick R.L., Gao S. Composition of the Continental Crust // Treatise on Geochemistry / Eds H.D. Holland, K.K. Turekian. Amsterdam: Elsevier, 2014. P. 1–51.
  68. Shao J.Q., Yang S.Y. Does chemical index of alteration (CIA) reflect silicate weathering and monsoonal climate in the Changjiang River basin? // Chin. Sci. Bull. 2012. V. 57. P. 1178–1187.
  69. Smith A.G. Paleomagnetically and tectonically based global maps for Vendian to Mid-Ordovician time // The ecology of the Cambrian radiation. N.Y.: Columbian University press, 2001. P. 11–16.
  70. Smith A.G., Pickering K.T. Oceanic gateways as critical factor to initiate icehouse Earth // J. Geol. Soc. (London). 2003. V. 160. P. 337–340.
  71. Spicer R.A., Yang J., Spicer T.E.V., Farnsworth A. Woody dicot leaf traits as a palaeoclimate proxy: 100 years of development and application // Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol. 2021. V. 562. 110138.
  72. Tabor N.J., Myers T.S. Paleosols as Indicators of Paleoenvironment and Paleoclimate // Annu. Rev. Earth Planet. Sci. 2015. V. 43. P. 333–361.
  73. Turgeon S., Brumsack H.-J. Anoxic vs dysoxic events reflected in sediment geochemistry during the Cenomanian–Turonian Boundary Event (Cretaceous) in the Umbria–Marche basin of central Italy // Chem. Geol. 2006. V. 234. P. 321–339.
  74. van de Kamp P.C. Potassium Distribution and Metasomatism in Pelites and Schists: How and When, Relation to Postdepositional Events // J. Sediment. Res. 2016. V. 86. P. 683–711.
  75. White A.F., Blum A.E., Schultz M.S. et al. Chemical weathering of the Panola Granite: Solute and regolith elemental fluxes and the weathering rate of biotite // Water-Rock Interactions, Ore deposits and Environmental geochemistry: A tribute to David Crerar / Geol. Soc. Spec. Publ. 2002. V. 7. P. 37–59.
  76. Zhang L., Wang C., Li X. et al. A new paleoclimate classification for deep time // Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol. 2016. V. 443. P. 98–106.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. Overview scheme (a), composite section of the Serebryanskaya and Silvitskaya series of the western slope of the Middle Urals (b), and variants of correlation of their main lithostratigraphic units with regional subdivisions of the Vendian of the East European Platform (c) (I - [Vendian..., 1985]; II - [Chumakov and Sergeyev, 2004]; III - [Grazhdankin and Maslov, 2015]; IV - [Ivantsov et al., 2018]). Vertical shading in the stratigraphic column is a break in sedimentation. Levels to the right of the column, highlighted in grey, are intervals accommodating glacial formations. Overview scheme of Russia borrowed from https://yandex.ru/maps/225/russia/?ll=99.505405%2C61.698653&z=3.

下载 (634KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Some representative outcrops of rocks of the Serebryanskaya and Sylvitskaya series. a - Taninskaya Formation, Usva River basin; b - Koivinskaya Formation, ibid. Mezhevaya Utka River basin: d - Staropechna Formation, Sylvitsa River basin; e - Perevalok Formation, Mezhevaya Utka River basin; f - Ust-Sylvitsky Formation, Chusovaya River; g - Chernokamensky Formation, Synekamensky Subformation, Chusovaya River.

下载 (955KB)
索引源数据
4. Fig. 3. Position of figurative points of clayey rocks of the Silverskaya and Sylvitskaya series on the classification diagrams lg(SiO2 / Al2O3)-lg(Fe2O3* / K2O) [Herron, 1988] (a), (Na2O + K2O) / Al2O3-(Fe2O3* + MgO) / SiO2 [Yudovich, Ketris, 2000] (b) and K / Al-Mg / Al [Turgeon, Brumsack, 2006] (c). Formations and sub-formations: 1 - Taninskaya; 2 - Garevskaya; 3 - Koivinskaya; 4 - Butonskaya; 5 - Kernosskaya; 6 - Staropechninskaya; 7 - Perevalokskaya; 8 - Vilukhinskaya; 9 - Shuryshskaya; 10 - Sine Kamenskaya; 11 - Konovalovskaya; 12 - Krutikhinskaya; 13 - Kobyloostrovskaya; 14 - Ust-Sylvitskaya. (b) - clayey sediments: I - predominantly kaolinite; II - predominantly smectite with admixture of kaolinite and illite; III - predominantly chlorite with admixture of Fe-illite; IV - chlorite-illite; V - chlorite-smectite-illite; VI - illite with significant admixture of finely ground feldspars.

下载 (497KB)
索引源数据
5. Fig. 4. Position of the composition points of clayey rocks of the Silverskaya and Sylvitskaya series on the Al2O3-K2O (a) and K/Al-K/Rb (b) diagrams [van de Kamp, 2016]. Squares with white circles inside are glacial and associated formations within the Tanin and Kovin Formations. See Fig. 3.

下载 (794KB)
索引源数据
6. Fig. 5. Position of figurative points of clayey rocks of the Serebryanskaya and Sylvitskaya series on the diagrams designed to diagnose the petrofossil (a, c) and recycled component (b, c). UCC is the average composition of the upper continental crust, according to [Rudnick and Gao, 2014]. Average compositions of Proterozoic (PR) basalt (BASE), andesite (AND), granite (GRN) and acid igneous rocks (AISL) are from [Condie, 1993]. Compositions that meet the criteria for the presence in clayey formations of a noticeable admixture of erosion products of basic igneous rocks are shown in blue in the diagrams, and re-deposited/lithogenic material is shown in green (also see text). See Figs. 3 and 4.

下载 (982KB)
索引源数据
7. Fig. 6. Diagrams ‘Acidic petrofoundation-Basic petrofoundation-RW’ [Cho, Ohta, 2022] (a-e) and comparison of the RW index values calculated for the Vendian clayey rocks of the western slope of the Middle Urals (f). a - the whole sample, b - the Lapland, c - the Redkinskiy, d - the Belomorskiy, e - the Kotlin regiooaruss es according to [Grazhdankin and Maslov, 2015]. In the triangular diagrams, the composition points with a wider dark blue contour are probably distinguished by the presence of erosion products of basic igneous rocks, while those with a wider green contour are distinguished by a noticeable amount of recycled material (see text). In the box plot: the boundaries of the ‘boxes’ are the 25th (bottom) and 75th (top) percentiles, the line inside the ‘box’ is the 50th percentile, the notches are the 95% confidence interval for the median. ‘Whiskers’ mark the acceptable interval of the data (less than 1.5 times the interquartile range), dots are outliers, and numbers next to either outliers or ‘whiskers’ are the number of samples. Two schemes of the regional stratigraphic subdivision of the Vendian are given: * - close to the one published in [Chumakov and Sergeyev, 2004], ** - according to [Grazhdankin and Maslov, 2015]. Grey bars - distribution levels of glacial formations, pink line connects median values of the RW index for non-glacial formations of each stratum. See Figs. 3-5.

下载 (822KB)
索引源数据
8. Fig. 7. A-CN-K diagrams [Nesbitt and Young, 1982; Fedo et al., 1995] for the clayey rocks of the Serebryanskaya and Sylvitskaya series (the whole sample and regioo logs according to [Grazhdankin and Maslov, 2015]) (a) and comparison of CIA and CIAcorr index values (b, c) with the climate interpretation. In triangular diagrams: red line - trend of granite weathering in coastal temperate climate according to [Meunier, 1980]; green line - trend of granodiorite weathering in temperate (humid subtropical) climate according to [White et al., 2002] In graph (b): with dashed contours - diagrams plotted on the distribution of CIA values before adjustment, with solid contours - after adjustment (CIAcorr). Numbers above the observed maximum or below the observed minimum are the number of samples falling into the subsample according to the value of the RW index. Tropical. - tropical, Kotlin. - Kotlin. Two schemes of regional stratigraphic subdivision of the Vendian are given: * - close to the one published in [Chumakov and Sergeyev, 2004], ** - according to [Grazhdankin and Maslov, 2015]. Graph (c) shows box diagrams without separation of formations by RW index. See Fig. 3-6.

下载 (942KB)
索引源数据

版权所有 © Russian academy of sciences, 2025