Anomalie platynowców w historii Ziemi

Transkrypt

1 ACTA SOCIETATIS METHEORITICAE POLONORUM Rocznik Polskiego Towarzystwa Meteorytowego Vol. 7, 2016 Anna WIECZOREK 1, Tomasz BRACHANIEC 1 Anomalie platynowców w historii Ziemi PGE anomalies in Earth's history Abstract. The platinum-group elements comprise a very small percentage of elements in the earth s crust. The primary sources of them are meteorite impacts and volcanism. The study of PGEs anomaly in sediment profiles as a possible indicator of impact began in 1980, when was suggested a link between high levels of iridium and the mass extinction event in Late Cretaceous. Keywords: platinum-group elements, PGE, anomaly, impact, geology W zapisie kopalnym impakty du ych cia³ kosmicznych mo na identyfikowaæ na podstawie: obecnoœci kraterów i samych meteorytów, impaktytów, tsunamitów, tektytów i mikrotektytów, sferul poimpaktowych, spineli niklu, minera³ów szokowych, mikrodiamentów oraz anomalii geochemicznych. W 1980 roku powi¹zano du ¹ anomaliê geochemiczn¹ w osadach na granicy kredy i paleogenu we w³oskim Gubbio z masowym wymieraniem, jakie mia³o miejsce ok. 65 mln lat temu (Alvarez i in. 1980). Wydarzenie to rozpoczê³o poszukiwania podobnych anomalii na ca³ym œwiecie, w osadach ca³ego fanerozoiku. Impakt du ego cia³a kosmicznego, jakim by³a póÿno kredowa 10-cio km asteroida Chicxulub powodowa³ metamorfizm ska³ skorupy ziemskiej, a jego skutki mia³y zasiêg globalny. Wymieniæ tu mo na m.in. zmiany klimatu, oceanograficzne i atmosferyczne, jak rozprzestrzenianie siê drobnego py³u poimpaktowego po ca³ej kuli ziemskiej. Po 1980 roku zwrócono uwagê na py³ impaktowy i pierwiastki pochodzenia kosmogenicznego wystêpuj¹ce w profilach osadowych. Znaczenie tych odkryæ by³o istotne w identyfikacji kraterów Ÿród³owych, o czym œwiadczy fakt, e krater Chicxulub zosta³ odkryty dopiero 10 lat póÿniej od publikacji Alvareza opartej tylko i wy³¹cznie na podstawie analiz geochemicznych. W osadach z komponentami pozaziemskiego 1 Uniwersytet Œl¹ski; Wydzia³ Nauk o Ziemi; Katedra Geochemii, Mineralogii i Petrografii; Sosnowiec, ul. Bêdziñska 60; ann.wieczorek94@gmail.com

2 178 Anomalie platynowców w historii Ziemi pochodzenia znajduj¹ siê zmienione szokowo minera³y, mikrotektyty oraz anomalie platynowców. Anomalia platynowców Platynowce (ang. platinum group elements, PGE) to: iryd, platyna, pallad, rod, ruten i osm. Ich zawartoœæ w skorupie ziemskiej i górnym p³aszczu Ziemi wynosz¹ca ok. 0,01 ppb (Wedepohl 1995) jest niewielka w stosunku do ich natê enia w strukturze meteorytów elaznych ok. 4120±60 ppb (Esbensen i in. 1982). Ma³e natê enie w górnych partiach Ziemi mo e wynikaæ z ich nagromadzenia w j¹drze planety. Źródła platynowców Na Ziemi g³ównymi Ÿród³ami platynowców s¹ impakty oraz wulkanizm. W przestrzeni kosmicznej s¹ to g³ównie asteroidy, meteoroidy, komety i kosmiczny py³. Ma³e meteory, które ulegaj¹ ca³kowitemu wyparowaniu podczas przechodzenia przez ziemsk¹ atmosferê tak e s¹ Ÿród³em tych pierwiastków, które z czasem opadaj¹ na powierzchniê Ziemi. Szacuje siê, e rocznie ok. 104 ton py³u kosmicznego pochodzenia spada na powierzchniê Ziemi (Brownlee 1985). Drugim Ÿród³em anomalii geochemicznej jest wulkanizm. Kluczem do zrozumienia przyczyn i przebiegu masowego wymierania póÿno kredowego jest pozycja platynowców w profilach litologicznych. Na granicy kredy i paleogenu wymar³o wiele rodzajów zwierz¹t, zarówno l¹dowych jak gady, ale tak e morskich, g³ównie g³owonogi. Mimo to zarejestrowano przypadki kiedy amonity znajdowane by³y nad osadami granicy (Machalski i in. 2009), co œwiadczy albo o tym, e niektóre grupy tych zwierz¹t prze y³y kryzys albo anomalia uleg³a przesuniêciu w dó³ osadu. Tak e woda oceaniczna mo e byæ Ÿród³em PGE, a ich anomalia mo e byæ tak e wynikiem dzia³alnoœci yciowej niektórych organizmów. Wells i in. (1988) obliczyli, e wspó³czesna biosfera morska zawiera ok. 300 tys. razy mniej irydu ni ta na granicy kredy i paleogenu. Anomalie platynowców oraz inne dowody na duże impakty w historii fanerozoiku Impakty du ych cia³ kosmicznych oddzia³ywaj¹ bardzo negatywnie na biosferê co widaæ w zapisie kopalnym, gdzie wystêpuj¹ one w tych samych interwa³ach czasowych co masowe wymierania. PóŸny prekambr. Niewielka anomalia irydowa zarejestrowana w kilku chiñskich stanowiskach z osadami granicy prekambr-kambr (Shengrong i Zhenmin 2000). Jej pochodzenie nie zosta³o jak do tej pory wyjaœnione. Granica ordowik-sylur. W 2010 roku French i Koeberl opisali póÿno ordowickie mikrosferule. Wydaje siê jednak, e potencjalny impakt nie mia³ decyduj¹cego

3 Anna WIECZOREK, Tomasz BRACHANIEC 179 wp³ywu na wymieranie na tej granicy, ze wzglêdu na ogólnoœwiatowe zlodowacenie. Granica fran-famen (póÿny dewon). Na tej granicy mia³o miejsce jedno z najwiêkszych wymierañ w dziejach Ziemi. Szacuje siê, e wyginê³o wtedy ok. 70% organizmów. Produkty poimpaktowe, takie jak dwie warstwy sferul zosta³y udokumentowane w profilach belgijskich i chiñskich (Claeys i Casier 1994). Dodatkowo zarejestrowano wystêpowanie anomalii irydowej. W górnym Franie Australii odnotowano nagromadzenie irydu jako skutku dzia³alnoœci yciowej cyjanobakterii z rodzaju Frutexites, które posiada³y zdolnoœæ absorbowania z wody morskiej tak e platyny, elaza, manganu, kobaltu, arsenu, antymonu i ceru (Playford i in. 1984). Na œwiecie jest kilka du ych kraterów, które mog¹ mieæ potencjalny zwi¹zek z wymieraniem fran-famen. Wydaje siê, e najbardziej prawdopodobn¹ jest szwedzka struktura Siljan, która maj¹c 52 km œrednicy jest najwiêkszym kraterem w Europie. Granica perm-trias. Oko³o 250 mln lat temu powsta³ 60-cio km krater Woodleigh le ¹cy w zachodniej Australii, jednak jego powi¹zane z masowym wymieraniem nie jest do koñca pewne ze wzglêdu na mo liwy b³¹d datowania. W osadach z tego okresu zanotowano wystêpowanie niewielkiej anomalii irydowej (Holser i in. 1991). Granica trias-jura. Prawdopodobne kratery powi¹zane z tym wymieraniem to: kanadyjska struktura Manicouagan, której jednak wyniki datowania obarczono du ym b³êdem pomiarowym; 80-cio km krater Puchezh-Katunki oraz mniejszy 23 km Rochechouart. Profil litologiczny z osadami granicy trias-jura w angielskim stanowisku St. Audries zawiera anomaliê irydow¹ ok. 0,04 ppb, szokowy kwarc oraz sferule impaktowe (McLaren 1990). W Irlandii i Francji zanotowano tak e prawdopodobnie wystêpowanie tsunamitów mi¹ szoœci 2 4 m (Simms 2007). Granica kreda-paleogen. Najwiêksza anomalia geochemiczna w zapisie kopalnym. Alvarez i in. (1980) opisali j¹ z w³oskiego stanowiska w Gubbio i duñskiego Stevns Klint. Obok platynowców odnotowaæ tu nale y minera³y szokowe i sferule. Oprócz jukatañskiego krateru Chicxulub na granicy kreda-paleogen utworzona zosta³a ukraiñska struktura Bo³tysz, która jednak wydaje siê niepowi¹zana z kryzysem biotycznym (Jolley i in. 2010). Prawdopodobnie obok Chicxulub du y wp³yw na wymieranie mia³ tak e intensywny wulkanizm trapów dekañskich. W amerykañskiej formacji Pinna oraz w polskim stanowisku Lechówka najwiêkszy pik irydu znajduje siê poni ej i³u granicznego (fig. 1). Jest to najprawdopodobniej spowodowane migracj¹ kwasów humusowych w osadzie, a tym samym redeponowaniem pierwiastków (Racki i in. 2011). Bez w¹tpienia anomalia platynowców mo e byæ traktowana jako niezaprzeczalny dowód na obecnoœæ impaktu. Niejednokrotnie jej poprawna interpretacja mo e byæ trudna, jednak jej wystêpowanie na granicy masowego wymierania jednoznacznie œwiadczy o spadku du ego cia³a kosmicznego i jego negatywnym oddzia³ywaniu na ca³¹ biosferê ziemsk¹.

4 180 Anomalie platynowców w historii Ziemi Figura 1. Ił na granicy kredy i paleogenu w Lechówce. Strzałką zaznaczono położenie największego stężenia irydu odnotowanego przez Rackiego i in. (2011). Literatura Alvarez L. W., Alvarez W., Asaro F., Michel H.V., 1980, Extraterrestrial cause for the Cretaceous-Tertiary extinction, Science, 208, s Brownlee D.E., 1985, Cosmic dust: collection and research, Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 13, s Cleays P., Casier J.G., 1994, Microtektite-like impact glass associated with the Frasnian Famennian boundary mass extinction, Earth and Planetary Science Letters, 122, s Esbensen K.H., Buchwald V.F., Malvin D.J., Wasson J.T., 1982, Systematic compositional variations in the Cape York iron meteorite, Geochimica et Cosmochimica Acta, 46, s French B.M., Koeberl C., 2010, The convincing identification of terrestrial meteorite impact structures: what works, what doesn t, and why, Earth-Science Reviews, 98, s Holser W.T., Schonlaub H.P., Boeckelmann K., Magaritz M., 1991, The Permian Triassic of the Gartnerkofel-1 core (Carnic Alps, Austria): synthesis and conclusions, Abhandlungen der Geologischen Bundesanstalt, 45, s ACTA SOCIETATIS METHEORITICAE POLONORUM vol. 7, 2016

5 Anna WIECZOREK, Tomasz BRACHANIEC 181 Jolley D., Gilmour I., Gurov E., Kelley S., Watson J., 2010, Two large meteorite impacts at the Cretaceous-Paleogene boundary, Geology, 38, s Machalski M., Jagt J.W.M., Heinberg C., Landman N.H., Håkansson E., 2009, Dañskie amonity obecny stan wiedzy i perspektywy badañ, Przegl¹d Geologiczny, 57, s McLaren D.J., 1990, Geological and biological consequences of giant impacts, Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 18, s Playford P.E., McLaren D.J., Orth C.J., Gilmore J.S., Goodfellow W.D., 1984, Iridium anomaly in the Upper Devonian of the Canning Basin, Western Australia, Science, 226, s Racki G., Machalski M., Koeberl C., Harasimiuk M., 2011, The weathering-modified iridium record of a new Cretaceous Palaeogene site at Lechówka near Che³m, SE Poland, and its palaeobiologic implications, Acta Palaeontologica Polonica, 56, s Shengrong L., Zhenmin G., 2000, Source tracing of noble metal elements in Lower Cambrian black rock series of Guizhou-Hunan Provinces, China, Science in China, 43, s Simms M. J., 2007, Uniquely extensive soft-sediment deformation in the Rhaetian of the UK: Evidence for earthquake or impact?, Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 244, s Wedepohl K.H., 1995, The composition of the continental crust, Geochimica et Cosmochimica Acta, 59, s Wells M.C., Booth, P.N., Presley B.J., 1988, Iridium in marine organisms, Geochimica et Cosmochimica Acta, 52, s