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; 41-200 Sosnowiec, ul. Bêdziñska 60; e-mail: ann.wieczorek94@gmail.com
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
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.
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. 1095 1108. Brownlee D.E., 1985, Cosmic dust: collection and research, Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 13, s. 147 173. 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. 303 315. 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. 1913 1920. 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. 123 170. 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. 213 232. ACTA SOCIETATIS METHEORITICAE POLONORUM vol. 7, 2016
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. 835 838. 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. 486 493. McLaren D.J., 1990, Geological and biological consequences of giant impacts, Annual Review of Earth and Planetary Sciences, 18, s. 123 171. 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. 437 439. 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. 205 215. 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. 625 632. 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. 407 423. Wedepohl K.H., 1995, The composition of the continental crust, Geochimica et Cosmochimica Acta, 59, s. 1217 1232. Wells M.C., Booth, P.N., Presley B.J., 1988, Iridium in marine organisms, Geochimica et Cosmochimica Acta, 52, s. 1737 1739.