Vestnik of the Far East Branch of the Russian Academy of SciencesVestnik of the Far East Branch of the Russian Academy of SciencesВестник Дальневосточного отделения Российской академии наук0869-7698The Russian Academy of Sciences68598310.31857/S0869769824050095HPEBBIEarth and Environment SciencesНауки о Земле и окружающей средеResearch ArticleApplication of X-ray microtomography techniques to detect early diagenetic changes in foraminifera shellsПрименение методов рентгеновской микротомографии для выявления ранних диагенетических изменений раковин фораминиферhttps://orcid.org/0009-0006-3483-8815UtyupinLeonid O.УтюпинЛеонид Олегович
Russian Federation

Engineer

инженер

leonid.9@mail.ruhttps://orcid.org/0009-0001-3981-7099UshkovaMaria A.УшковаМария Александровна
Russian Federation

Leading Engineer

ведущий инженер

m_ushkova@list.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2884-1197RomanovaAlexandra V.РомановаАлександра Владимировна
Russian Federation

Candidate of Sciences in Geology and Mineralogy, Senior Researcher

кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник

sandra_ru@bk.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9516-7089PletnevSergey P.ПлетневСергей Павлович
Russian Federation

Doctor of Sciences in Geology and Mineralogy, Leading Researcher

доктор геолого-минералогических наук, ведущий научный сотрудник

pletnev@poi.dvo.ruhttps://orcid.org/0009-0004-0368-8856PoselyuzhnayaAnna V.ПоселюжнаяАнна Владимировна
Russian Federation

Senior Engineer

старший инженер

anna_ivv@mail.ruFar East Geological Institute, FEB RASДальневосточный геологический институт ДВО РАНV.I. Il’yichev Pacific Oceanological Institute, FEB RASТихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева ДВО РАН30102024513614726062025Copyright ©; 2024, Russian Academy of SciencesCopyright ©; 2024, Российская академия наук2024Russian Academy of SciencesРоссийская академия наукhttps://journals.eco-vector.com/0869-7698/article/view/685983

The structure of benthic foraminifera shells was studied by X-ray microtomography as a clarifying step in the study of secondary authigenic carbonate formation on foraminifera shells at methane vent sites. Without destroying the specimens, images of the outer surface and sections of benthic foraminifera shells were obtained, and the percentages of shell volumes, solid inclusions, and voids within the shells of the specimens were calculated. Shells of the species Nonionellina labradorica, sampled from sediment horizons corresponding to intense and prolonged methane events, compared to shells of the same species from horizons without methane events, show a 26.9% increase in the mean shell fraction, a nearly twofold increase in the mean solid inclusion fraction, and a 10.4% decrease in the mean shell void fraction. For shells of the species Uvigerina parvocostata, a similar comparison showed the following results: an increase in the mean value of the shell fraction by 6.5%, a 4-fold decrease in the mean value of the fraction of solid inclusions, and a 6.3% decrease in the mean value of the void fraction.

Методом рентгеновской микротомографии были изучены особенности строения раковин бентосных фораминифер в качестве уточняющего этапа исследования образования вторичного аутигенного карбоната на раковинах фораминифер в местах выхода метана. Не разрушая образцы, были получены изображения внешней поверхности и срезов раковин бентосных фораминифер, а также подсчитаны процентные соотношения объемов раковин, твердых включений и пустоты внутри раковины образцов. Раковины вида Nonionellina labradorica, отобранные из горизонтов осадков, соответствующих интенсивным и продолжительным метановым событиям, при сравнении с раковинами того же вида из горизонтов без метановых событий демонстрируют увеличение среднего значения доли раковины на 26,9%, увеличение среднего значения доли твердых включений почти в 2 раза и уменьшение среднего значения доли пустоты внутри раковины на 10,4%. Для раковин вида Uvigerina parvocostata аналогичное сравнение показало следующие результаты: увеличение среднего значения доли раковины на 6,5%, уменьшение среднего значения доли твердых включений в 4 раза, а среднего значения доли пустоты – на 6,3%.

foraminiferaSea of OkhotskX-ray microtomographyauthigenic carbonateфораминиферыОхотское морерентгеновская микротомографияаутигенный карбонатМинистерство науки и высшего образования Российской ФедерацииMinistry of science and higher education of the Russian Federation075-01169-22-00Zonenshain L. P., Murdmaa I. O., Baranov B. V., Kuznetsov A. P., Kuzin V. S., Kuz’min M.I., Avdeiko G. P., Stunzhas P. A., Lukashin V. N., Barash M. S., Valyashko G. M., Demina L. L. Podvodnyi gazovyi istochnik v Okhotskom more k zapadu ot ostrova Paramushir = [Underwater gas source in the Sea of Okhotsk west of Paramushir Island]. Oceanology. 1987;5:795–800. (In Russ.).Зоненшайн Л. П., Мурдмаа И. О., Баранов Б. В., Кузнецов А. П., Кузин В. С., Кузьмин М. И., Авдейко Г. П., Стунжас П. А., Лукашин В. Н., Бараш М. С., Валяшко Г. М., Демина Л. Л. Подводный газовый источник в Охотском море к западу от острова Парамушир // Океанология. 1987. Вып. 5. С. 795–800.Solov’ev V.A., Ginsburg G. D., Duglas V. K., Krenston R., Lorenson T., Alekseev I. A., Baranova N. S., Ivanova G. A., Kazazaev V. P., Lobkov V. A., Mashirov Yu.G., Natorkhin M. I., Obzhirov A. I., Titaev B. F. Gazovye gidraty Okhotskogo morya = [Gas hydrates of the Sea of Okhotsk]. Otechestvennaya Geologiya. 1994;(2):190–197. (In Russ.).Соловьев В. А., Гинсбург Г. Д., Дуглас В. К., Кренстон Р., Лоренсон Т., Алексеев И. А., Баранова Н. С., Иванова Г. А., Казазаев В. П., Лобков В. А., Маширов Ю. Г., Наторхин М. И., Обжиров А. И., Титаев Б. Ф. Газовые гидраты Охотского моря // Отечественная геология. 1994. № 2. С. 190–197.Obzhirov A. I. Gazokhimicheskie polya i prognoz neftegazonosnosti morskikh akvatorii = [Gas-chemical fields and prediction of oil and gas content in offshore areas]: specialty 04.00.13: abstract of the dissertation for the degree of Doctor of Sciences in Geology and Mineralogy. Moscow; 1995. 38 p. (In Russ.).Обжиров, А.И. Газохимические поля и прогноз нефтегазоносности морских акваторий: специальность 04.00.13: автореф. дис. … доктора геол.-минерал. наук. М., 1995. 38 с.Hill T. M., Stott L., Valentine D. L. Isotopic evidence for the incorporation of methane-derived carbon into foraminifera from modern methane seeps, Hydrate Ridge, Northeast Pacific // Geochim. Cosmochim. Acta. 2004;68:4619–4627.Hill T. M., Stott L., Valentine D. L. Isotopic evidence for the incorporation of methane-derived carbon into foraminifera from modern methane seeps, Hydrate Ridge, Northeast Pacific // Geochim. Cosmochim. Acta. 2004. Vol. 68. P. 4619–4627.Levin L. A. Ecology of cold seep sediments: Interactions of fauna with flow, chemistry and microbes. Oceanogr. Mar. Biol. Ann. Rev. 2005;43:1–46.Levin L. A. Ecology of cold seep sediments: Interactions of fauna with flow, chemistry and microbes // Oceanogr. Mar. Biol. Ann. Rev. 2005. Vol. 43. P. 1–46.Pletnev S. P., Annin V. K., Vu Yu., Tarasova T. S. Foraminifery i izotopiya (16O/18O i 12C/13C) ikh rakovin v mestakh vykhoda metana na vostochnom sklone o. Sakhalin (Okhotskoe more) = [Foraminifera and isotopy (16O/18O and 12C/13C) of their shells at methane vent sites on the eastern slope of Sakhalin Island (Sea of Okhotsk). Sakhalin Island (Sea of Okhotsk)]. Izvestiya TINRO. 2014;178:180–190. (In Russ.).Плетнев С. П., Аннин В. К., Ву Ю., Тарасова Т. С. Фораминиферы и изотопия (16О/18О и 12С/13С) их раковин в местах выхода метана на восточном склоне о. Сахалин (Охотское море) // Изв. ТИНРО. 2014. Т. 178. С. 180–190.Torres M. E., Mix A. C., Kinports K., Haley B., Klinkhammer G. P., McManus J., de Angelis M. A. Is methane venting at the seafloor recorded by δ13C of benthic foraminifera shells? Paleoceanography. 2003;18(3):1062–1074.Torres M. E., Mix A. C., Kinports K., Haley B., Klinkhammer G. P., McManus J., de Angelis M. A. Is methane venting at the seafloor recorded by δ13C of benthic foraminifera shells? // Paleoceanography. 2003. Vol. 18, N3. P. 1062–1074.Uchida M., Ohkushi K., Kimoto K., Inagaki F., Ishimura T., Tsunogai U., Tuzino T., Shibata Y. Radiocarbon-based carbon source quantification of anomalous isotopic foraminifera in last glacial sediments in the western North Pacific. Geochem. Geophys. Geosyst. 2008;9(4). DOI: 10.1029/2006GC001558.Uchida M., Ohkushi K., Kimoto K., Inagaki F., Ishimura T., Tsunogai U., Tuzino T., Shibata Y. Radiocarbon-based carbon source quantification of anomalous isotopic foraminifera in last glacial sediments in the western North Pacific // Geochem. Geophys. Geosyst. 2008. Vol. 9, N4. DOI: 10.1029/2006GC001558.Sen Gupta B. K., Platon E., Bernhard J. M., Aharon P. Foraminiferal colonization of hydrocarbon-seep bacterial mats and underlying sediment, Gulf of Mexico slope. J. Foram. Res. 1997;27(4):292–300.Sen Gupta B. K., Platon E., Bernhard J. M., Aharon P. Foraminiferal colonization of hydrocarbon-seep bacterial mats and underlying sediment, Gulf of Mexico slope // J. Foram. Res. 1997. Vol. 27, N4. P. 292–300.Panieri G., Camerlenghi A., Conti S., Pini G. A., Cacho I. Methane seepages recorded in benthic foraminifera from Miocene seep carbonates, Northern Apennines (Italy). Palaeogeography. Palaeoclimatology. Palaeoecology. 2009;284:271–282.Panieri G., Camerlenghi A., Conti S., Pini G. A., Cacho I. Methane seepages recorded in benthic foraminifera from Miocene seep carbonates, Northern Apennines (Italy) // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2009. Vol. 284. P. 271–282.Kennett J., Cannariato K., Hendy I., Behl R. Carbon isotopic evidence for methane hydrate instability during Quaternary interstadials. Science. 2000;288:128–133.Kennett J., Cannariato K., Hendy I., Behl R. Carbon isotopic evidence for methane hydrate instability during Quaternary interstadials // Science. 2000. Vol. 288. P. 128–133.Rathburn A. E., Levin L., Held Z., Lohmann K. C. Benthic foraminifera associated with cold methane seeps on the northern California margin: Ecology and stable isotopic composition. Mar. Micropaleontol. 2000;38:247–266.Rathburn A. E., Levin L., Held Z., Lohmann K. C. Benthic foraminifera associated with cold methane seeps on the northern California margin: Ecology and stable isotopic composition // Mar. Micropaleontol. 2000. Vol. 38. P. 247–266.Rathburn A. E., Perez M. E., Martin J. B., Day S. A., Mahn C., Gieskes J., Ziebis W., Williams D., Bahls A. Relationship between the distribution and stable isotopic composition of living benthic foraminifera and cold methane seep biogeochemistry in Monterey Bay, California. Geochem. Geophys. Geosyst. 2003;4. 1106. DOI: 10.1029/2003GC000595.Rathburn A. E., Perez M. E., Martin J. B., Day S. A., Mahn C., Gieskes J., Ziebis W., Williams D., Bahls A. Relationship between the distribution and stable isotopic composition of living benthic foraminifera and cold methane seep biogeochemistry in Monterey Bay, California // Geochem. Geophys. Geosyst. 2003. Vol. 4. 1106. DOI: 10.1029/2003GC000595.Lein A.Yu. Autigennoe karbonatoobrazovanie v okeane = [Authigenic carbonate formation in the ocean]. Lithology and Mineral Resources. 2004;(1):3–35. (In Russ.).Леин А. Ю. Аутигенное карбонатообразование в океане // Литология и полезные ископаемые. 2004. № 1. С. 3–35.Panieri G., Aharon P., Sen Gupta B. K., Camerlenghi A., Ferrer F. P., Cacho I. Late Holocene foraminifera of Blake Ridge Diapir: Assemblage variation and stable-isotope record in gas-hydrate bearing sediments. Mar. Geol. 2014;353:99–107.Panieri G., Aharon P., Sen Gupta B. K., Camerlenghi A., Ferrer F. P., Cacho I. Late Holocene foraminifera of Blake Ridge Diapir: Assemblage variation and stable-isotope record in gas-hydrate bearing sediments // Mar. Geol. 2014. Vol. 353. P. 99–107.Logvina E. A., Krylov A. A., Matveeva T. V., Maksimov F. E., Kuznetsov V.Yu. Autigenez karbonatov v otlozheniyakh gazogidratonosnoi struktury KHAOS (Okhotskoe more) = [Authigenesis of carbonates in the deposits of the gas-hydrate-bearing structure of the CHAOS (sea of Okhotsk)]. Vestnik of Saint Petersburg University. Earth Sciences. 2022;67(1):50–73. (In Russ.). DOI: 10.21638/spbu07.2022.103.Логвина Е. А., Крылов А. А., Матвеева Т. В., Максимов Ф. Е., Кузнецов В. Ю. Аутигенез карбонатов в отложениях газогидратоносной структуры ХАОС (Охотское море) // Вестник СПбГУ. Науки о Земле. 2022. Т. 67, № 1. С. 50–73. DOI: 10.21638/spbu07.2022.103.Panieri G., Graves C., James R. Paleo-methane emissions recorded in foraminifera near the landward limit of the gas hydrate stability zone offshore western Svalbard. Geochem. Geophys. Geosyst. 2016;17(2):521–537. DOI: 10.1002/2015GC006153.Panieri G., Graves C., James R. Paleo-methane emissions recorded in foraminifera near the landward limit of the gas hydrate stability zone offshore western Svalbard // Geochem. Geophys. Geosyst. 2016. Vol. 17, N2. P. 521–537. DOI: 10.1002/2015GC006153.Lucas D. Mouro, Lucas D. Vieira, Anderson C. Moreira, Enelise Katia Piovesan, Celso P. Fernandes, Gerson Fauth, Rodrigo S. Horodisky, Renato Pirani Ghilardi, Iara F. Mantovani, Simone Baecker-Fauth, Guilherme Krahl, Breno Leit˜ao Waichel, Mateus Souza da Silva. Testing the X-ray computed microtomography on microfossil identification: An example from Sergipe-Alagoas Basin, Brazil. Journal of South American Earth Sciences. 2021. https://doi.org/10.1016/j.jsames.2020.103074Lucas D. Mouro, Lucas D. Vieira, Anderson C. Moreira, Enelise Katia Piovesan, Celso P. Fernandes, Gerson Fauth, Rodrigo S. Horodisky, Renato Pirani Ghilardi, Iara F. Mantovani, Simone Baecker-Fauth, Guilherme Krahl, Breno Leit˜ao Waichel, Mateus Souza da Silva. Testing the X-ray computed microtomography on microfossil identification: An example from Sergipe-Alagoas Basin, Brazil // Journal of South American Earth Sciences. 2021. https://doi.org/10.1016/j.jsames.2020.103074Michael Siccha, Raphaël Morard, Julie Meilland, Shinya Iwasaki, Michal Kucera, Katsunori Kimoto. Collection of X-ray micro computed tomography images of shells of planktic foraminifera with curated taxonomy. Scientific Data. 2023;10:679. https://doi.org/10.1038/s41597-023-02498-0Michael Siccha, Raphaël Morard, Julie Meilland, Shinya Iwasaki, Michal Kucera, Katsunori Kimoto. Collection of X-ray micro computed tomography images of shells of planktic foraminifera with curated taxonomy // Scientific Data. 2023. Vol.10. P. 679. https://doi.org/10.1038/s41597-023-02498-0Iwasaki S., Kimoto K., Okazaki Y., Ikehara M. X‐ray micro‐CT scanning of tests of three planktic foraminiferal species to clarify dissolution process and progress. Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2019;20:6051–6065. https://doi.org/10.1029/2019GC008456Iwasaki S., Kimoto K., Okazaki Y., Ikehara M. X‐ray micro‐CT scanning of tests of three planktic foraminiferal species to clarify dissolution process and progress // Geochemistry, Geophysics, Geosystems. 2019. P. 6051–6065. https://doi.org/ 10.1029/2019GC008456Romanova A. V., Utyupin L. O., Pletnev S. P., Poselyuzhnaya A. V. Vtorichnaya karbonatnaya mineralizatsiya rakovin foraminifer v usloviyakh golotsenovykh paleoehmissii metana v Okhotskom more = [Secondary carbonate mineralization of foraminifera shells under Holocene methane paleoemissions in the Sea of Okhotsk]. In: Proceedings of the VI All-Russian Conference with International Participation Geological Processes in Subduction, Collision and Sliding of Lithospheric Plates. Vladivostok: Far East Federal University; 2023. P. 173–176. (In Russ.). https://doi.org/10.24866/7444-5547-7Романова А. В., Утюпин Л. О., Плетнев С. П., Поселюжная А. В. Вторичная карбонатная минерализация раковин фораминифер в условиях голоценовых палеоэмиссий метана в Охотском море // Геологические процессы в обстановках субдукции, коллизии и скольжения литосферных плит: материалы VI Всероссийской конференции с международным участием. Владивосток: Изд-во Дальневост. федерал. ун-та, 2023. С. 173–176. https://doi.org/10.24866/7444-5547-7Pletnev S. P., Yonghua Wu, Romanova A. V., Annin V. K., Utkin I. V., Vereshchagina O. F. Negativnye ehkskursy δ13C rakovin bentosnykh foraminifer: golotsenovaya istoriya metanovykh sobytii v tsentral’noi chasti Okhotskogo morya = [Negative δ13C excursions in foraminiferal records: the holocene history of methane events in the central sea of okhotsk]. Geology and Geophysics. 2020;6(4):527–545. (In Russ.).Плетнев С. П., Юньхуа Ву, Романова А. В., Аннин В. К., Уткин И. В., Верещагина О. Ф. Негативные экскурсы δ13C раковин бентосных фораминифер: голоценовая история метановых событий в центральной части Охотского моря // Геология и геофизика. 2020. Т. 61, № 4. С. 527–545.