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Direct radiometric dating of a neoproterozoic iron formation

rhenium-os and highly siderophile element systematics of the Urucum iron formation, Brazil

Tobias Prost

Art der Arbeit

Masterarbeit

Universität

Universität Wien

Fakultät

Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie

Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)

Masterstudium Erdwissenschaften

Betreuer*in

Christian Köberl

Mitbetreuer*in

Toni Schulz

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DOI

10.25365/thesis.73372

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-11733.95355.391090-1

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Eisenformationen (EF) sind nicht-aktualistische marine chemische Sedimentgesteinseinheiten, die reich an Eisen sind (15-40 Gew.-% Fe) und direkt aus dem Meerwasser ausgefällt wurden, d. h. sie spiegeln direkt die geochemische Zusammensetzung des alten Meerwassers wider. Sie wurden auf allen Kontinenten gefunden und sind aus dem gesamten Präkambrium bekannt. Ihre Bildung und Entstehung ist seit langem von Interesse, wobei anoxische, hydrothermal beeinflusste Tiefenwässer und anorganische oder biologische Fe-Oxidationsmechanismen eine Rolle spielen. Da sich EFs unter einer Vielzahl von Umweltbedingungen abgelagert haben, sind sie zu beliebten Archiven bei der Untersuchung von Umweltveränderungen in der frühen Erdgeschichte geworden, wie z. B. der fortschreitenden Sauerstoffanreicherung der Erdatmosphäre oder weitreichenden globalen Vergletscherungen. Während des Neoproterozoikums (1000 - 538 Ma) kam es auf der Erde zu einer Reihe von Vergletscherungen, bei denen in niedrigen Breitengraden Eisschilde auftraten. Die Urucum-Eisen- und -Mangan-Formation (EF und Mn-F) in der neoproterozoischen Santa-Cruz-Formation, Brasilien, hat sich als zuverlässiges und robustes Archiv für das späte Neoproterozoikum erwiesen und ermöglicht einzigartige Einblicke in die Zusammensetzung des Meerwassers während dieses Zeitraums. Hier präsentiere ich durch Isotopenverdünnung gewonnene Daten zu hoch siderophilen Elementen (HSE) und Re-Os-Isotopen ausgewählter Urucum EF- und Mn-F-Proben. Die Konzentrationen ausgewählter HSEs variieren von ~33 bis ~3450 ppt für Re, von ~3 bis ~4380 ppt für Os, von ~4 bis ~72 ppt für Ir, von ~120 bis ~2200 ppb für Pt, von ~0.04 to ~6 ppt für Ru and from ~0.3 to ~2 ppt für Pd. Die Eisenbildungsproben weisen 187Re/188Os-Verhältnisse von 0,89 bis 976 und 187Os/188Os-Verhältnisse von 0,14 bis 2,20 auf. Die Proben der Manganformation weisen 187Re/188Os -Verhältnisse von 0,22 bis 198 und 187Os/188Os-Verhältnisse zwischen 0,11 und 2,10 auf. Die hier gemessene Probe reflektieren das Urucum-Grundwasser als eine Mischung aus tiefem Ozeanwasser und einem kontinentalen Fluss mit einem hohen Gehalt an Al2O3 und Sr, wobei die Ozeanwasserkomponente durch variable, aber im Allgemeinen hohe Konzentrationen von Re und Os und der kontinentale Fluss durch einheitlich geringe Re- und Os-Konzentrationen gekennzeichnet ist. Eine Re-Os-Isochrone der Probe, das die tiefen Ozeanwasserkomponenten zeigt, ergibt eine Regressionslinie, welche einem Alter von 587,6 ± 41,9 Ma (MSWD = 0,63) und einem (187Os/188Os) - Initialverhältnis von 0,111 ± 0,004 entspricht. Die HSE-Konzentrationen sind mit archaischen EFs und modernen Krustenwerten vergleichbar, während die (187Os/188Os) - Initialverhältnisse höchst unradiogen sind und einen starken Einfluss einer aus dem Mantel stammenden Quelle auf das Wasser des Urucum-Beckens belegen. Das finale Re-Os-Alter steht in guter Übereinstimmung mit früher veröffentlichten Altersdaten der Urucum EF. Da wir die EF- und Mn-F-Proben direkt datiert haben, wird das Ablagerungsalter des Urucum EF-Mn-F besser eingrenzt. Eine Ablagerung vor 590 Ma wird weiter unterstützt, so dass ein Zusammenhang mit der Marinoischen Eiszeit wahrscheinlicher ist als mit der Glaskier-Eiszeit.

Abstract

(Englisch)

Iron Formations (IFs) are non-actualistic marine chemical sedimentary rock units that are rich in iron (15-40 wt% Fe) and have precipitated directly from seawater, i.e., directly reflect the geochemical composition of ancient seawater. They have been found on all continents and are known throughout the Precambrian eons. Their formation and genesis has long been of interest, involving anoxic hydrothermally influences deep waters and inorganic or biological Fe oxidation mechanisms. As IFs have been deposited under an array of environmental settings, they have become popular archives in the study of environmental changes through Earth’s early history, such as the progressive oxygenation of the global atmosphere or severe global glaciation events. During the Neoproterozoic (1000 - 538 Ma), Earth underwent a series of glaciation events, with ice sheets appearing in low latitudes. The Urucum iron and manganese formation (IF and Mn-F) in the Neoproterozoic Santa Cruz Formation, Brazil, has proven to be a reliable and robust archive for the late Neoproterozoic period and allows unique insight into the composition of seawater during that time-period. Here I present isotope dilution generated highly siderophile element (HSE) data and Re-Os isotopes data of selected Urucum IF and Mn-F samples. The concentrations of selected HSEs vary from ~33 to ~3450 ppt for Re, from ~3 to ~4380 ppt for Os, from ~4 to ~72 ppt for Ir, from ~120 to ~2200 ppb for Pt, from ~0.04 to ~6 ppt for Ru and from ~0.3 to ~2 ppt for Pd. Iron formation samples show 187Re/188Os ratios ranging from 0.89 to 976 and 187Os/188Os ratios from 0.14 to 2.20 for 187Os/188Os. Manganese formation samples have 187Re/188Os ratios from 0.22 to 198 for and 187Os/188Os ratios between 0.11 and 2.10. The here measured sample outline the Urucum basement water as a mixture of deep ocean water and a continental flux with a high content of Al2O3 and Sr, with the ocean water component being characterized by variable but generally high concentrations of Re and Os and the continental flux characterized by uniform but low Re and Os concentrations. A Re-Os isochron of the sample displaying the deep ocean water components yields a regression line that corresponds to an age of 587.6 ± 41.9 Ma (MSWD = 0.63) and an (187Os/188Os)initial ratio of 0.111 ± 0.004. Concentrations of HSE are comparable to Archean BIFs and modern crustal values, whereas (187Os/188Os)initial ratios are highly unradiogenic and support a strong influence of a mantle-derived source on the Urucum basin water. The final Re-Os age is in good agreement with previous published age data of the Urucum BIF and better refines the deposition age constrictions of the Urucum IF-Mn-F as we directly dated IF and Mn-F samples. A deposition before 590 Ma is further supported, making a relation to the Marinoan glaciation event more likely than to the Glaskiers glaciation.

Autor*innen

Tobias Prost

Haupttitel (Englisch)

Direct radiometric dating of a neoproterozoic iron formation

Hauptuntertitel (Englisch)

rhenium-os and highly siderophile element systematics of the Urucum iron formation, Brazil

Paralleltitel (Deutsch)

Direkte radiometrische Datierung einer neoproterozoischen Eisenformation

Paralleluntertitel (Deutsch)

Rhenium-Os und hochsiderophile Elementsystematik der Urucum-Eisenformation, Brasilien

Publikationsjahr

2023

Umfangsangabe

VI, 93, 13 Seiten : Illustrationen

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Christian Köberl

Klassifikationen

38 Geowissenschaften > 38.17 Geochronologie ,

38 Geowissenschaften > 38.32 Geochemie

AC Nummer

AC16817020

Utheses ID

66521

Studienkennzahl

UA | 066 | 815 | |

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Schlagwörter