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Highly siderophile element and Re-Os isotope compositions of the 3.5 Ga Tomka Iron Formation, Daitari Greenstone Belt, India

Aubert Salzmann

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.78923

URN

urn:nbn:at:at-ubw:1-29451.41972.438236-0

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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)

Abstracts

Abstract

(Deutsch)

Bändereisenerze (BIFs) sind marin-chemisch sedimentäre Gesteine mit einem hohen Eisengehalt (12-40 wt. %) und sind auf das Präkambrium beschränkt. Sie gelten als bedeutende geochemische Archive zur Rekonstruktion der Zusammensetzung des Meerwassers und der Redoxbedingungen auf der frühen Erde. Diese Studie konzentrierte sich die etwa 3,5-3,3 Milliarden Jahre alte Tomka-BIF, die sich im Daitari-Grünsteingürtel des Singhbhum-Kratons im Osten Indiens befindet. Untersucht wurden die Verteilung von hoch siderophilen Elementen (HSEs) sowie die Anwendung des Re-Os-Isotopensystems mit dem Ziel eine Isochrone zu konstruieren und zu prüfen, ob die Os-Isotopenzusammensetzung ein ursprüngliches archaisches Meerwassersignal reflektiert. Die Tomka BIF stellen hierdurch die bislang ältesten BIFs dar, an denen diese Methodik angewendet wurde. Mittels etablierter nasschemischer Verfahren und Isotopenverdünnungsmethoden, wurde Osmium und andere HSEs aus den gemahlenen Gesteinsproben extrahiert, welche die verschiedenen Lithologien repräsentieren (Schiefer, Fe-reich, Chert, und gemischte Lagen). Die Osmium Konzentration und die Os-Isotopenzusammensetzung wurden mittels N-TIMS bestimmt, während die übrigen HSE-Konzentrationen mit ICP-MS analysiert wurden. Die Tomka-BIF weist durchschnittliche Ir-Konzentrationen von ~0.03 ppb auf, was keinen Hinweis auf extraterrestrischen Beitrag liefert. Die Proben zeigen weiters sehr niedrige Konzentrationen von Al und Zr was auf nur minimale bis keine detritalen Alterationen hindeutet und einen variablen bis geringen Grad an post-depositionaler Alterationen, basierend auf den Sr-Gehalten. Sechs Proben, welche ein PUM-ähnliches initiales 187Os/188Os-Verhältnis (~0.13) besitzen, wurden zur Konstruktion einer Re-Os-Regressionslinie verwendet. Diese wird als Ausdruck eines teilweise geschlossenen Re-Os-Systems interpretiert. Dadurch wird ein berechnetes Modellalter von 3,557 ± 668 Ma erhalten, welches innerhalb des Bereichs des existierenden Altersrahmens (~3.51 bis ~3.28 Ga) liegt. Das aus der Regressionslinie abgeleitete 187Os/188Os(i)-Verhältnis (~0.11) wird als Näherungswert für das globale archaische Os-Budget im Meerwasser interpretiert. Dieses „primitive upper mantle“ (PUM)-ähnliche Initialverhältnis stimmt mit der bislang geringen Datenlage für das Archaikum überein, welches bisher hauptsächlich von organisch-reichem Schlammgestein (organic-rich mudrock) stammt. Dieses Ergebnis deutet auf eine dominante Zufuhr von unradiogenem Osmium aus Tiefsee-Hydrothermalschlot-systemen mit mantelähnlicher Signatur hin. Dies steht im Gegensatz zu den radiogenen Meerwassersignaturen des Proterozoikums, welche stärker durch oxidative Verwitterung der felsischen kontinentalen Kruste beeinflusst waren.

Abstract

(Englisch)

Banded Iron Formation (BIF) are marine-chemical sedimentary rocks rich in iron (12-40 wt.%) and confined to the Precambrian. They are considered valuable geochemical archives for recording ancient seawater compositions and redox conditions of the early Earth. This study focused on the ~3.5-3.3 Ga Tomka BIF, located in the Daitari Greenstone Belt of the Singhbhum Craton in eastern India. This work investigates the distribution of highly siderophile elements (HSEs) and aims to apply the Re-Os isotopic system in an attempt to construct an isochron and assess whether the Os isotopic composition reflects its pristine Archean seawater signal. This marks the Tomka BIF as the oldest BIF to date in which this approach has been applied. Using established wet chemistry techniques and isotope dilution methods, Os and other HSEs were extracted from the whole-rock powdered samples representing different lithologies (shale, Fe-rich-, chert-, and mixed layers). Osmium content and isotopic composition were analyzed using N-TIMS, while the remaining HSE concentrations were determined using ICP-MS. The Tomka BIF has average Ir concentrations of ~0.03 ppb, providing no indication of extraterrestrial input. The samples contain minimal to no syn-depositional (detrital) alterations, due to the very low concentrations of Al and Zr, which are indicative of such alterations, and only variable to little amount of post-depositional alterations based on its Sr contents. Six samples of the Tomka BIF with PUM-like 187Os/188Os initial ratio (~0.13) were used to construct a Re-Os regression line, interpreted to represent a partially closed Re-Os system. This yields a calculated age of 3,557 ± 668 Ma, which falls within the range of existing age estimates (~3.51 to ~3.28 Ga). The 187Os/188Os(i) ratio derived from the regression line (~0.11) is interpreted as a proxy for the global Archean seawater Os budget. This primitive upper mantle (PUM)-like initial Os isotope ratio aligns with the existing scarce Archean data, which are thus far mainly based on organic-rich mudrocks, and it suggests a dominant contribution of unradogenic material delivering mantle-like Os to the depositional zone. This contrasts with a more radiogenic Os seawater signature in the Proterozoic, which was far more influenced by oxidative weathering of the felsic continental crust.

Autor*innen

Aubert Salzmann

Haupttitel (Englisch)

Highly siderophile element and Re-Os isotope compositions of the 3.5 Ga Tomka Iron Formation, Daitari Greenstone Belt, India

Publikationsjahr

2025

Umfangsangabe

XII, 91 Seiten : Illustrationen

Sprache

Englisch

Beurteiler*in

Christian Köberl

Klassifikationen

38 Geowissenschaften > 38.17 Geochronologie ,

38 Geowissenschaften > 38.32 Geochemie

AC Nummer

AC17602981

Utheses ID

76801

Studienkennzahl

UA | 066 | 815 | |

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Schlagwörter