Paleoclimate reconstructions in source area by using mud rocks geochemical composition: modern approach, possibilities and constrains

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

Research subject. Paleoclimate reconstructions in source area.Aim. To identify the possibilities and constrains of using a number of geochemical characteristics of mud rocks (CIA, RW index, modules and modular diagrams, etc.) when reconstructing data on the near-surface humidity and mean annual temperatures (MAT) for catchment areas of the geological past.Key points. The types of climate and paleoclimate classifications, features of paleoclimate reconstruction with a special emphasis on the geochemical composition of fine-grained rocks are considered. N.M. Chumakov's paleoclimate classification is put forward as the most objective. Geochemical criteria are given, according to which it’s possible to reconstruct individual parameters necessary for its application. Thus, it is possible to classify various strata as weathering products of source rocks in a humid, arid/semiarid climate not only using the modular diagrams of Ya.E. Yudovich and M.P. Ketris, but also when studying the titanium geochemistry. In addition, the equation recently proposed by K. Deng et al. allows one to reconstruct the MAT in the area of source rock erosion using the CIA values in a shallow marine and deltaic sediments. However, calculating the CIA index in rocks has a number of constrains, many of which can be overcome. The discussion is supported by several examples of the rational application of the integrated geochemical approach to reconstructing the climate characteristics for Upper Riphean and Upper Vendian strata that bearing red beds, Lower Vendian strata recording glacial and interglacial events, and Upper Devonian formation with a heterogeneous complex of source rock and facies.Conclusions. It is possible to reconstruct various climate characteristics in paleocatchment area for certain strata using the geochemical characteristics of mud rocks only if they have been comprehensively studied and the researcher takes into account the multifactorial nature of the processes determining their composition.

Авторлар туралы

O. Melnichuk

A.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry, UB RAS

Email: melnichuk@igg.uran.ru

A. Maslov

A.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry, UB RAS

L. Badida

A.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry, UB RAS

Әдебиет тізімі

  1. Алисов Б.П. (1936) Географические типы климатов. Метеорология и гидрология, (6), 16-34.Алисов Б.П., Полтараус Б.В. (1974) Климатология. 2-е изд., перераб. и доп. М.: МГУ, 298 с.Анфимов Л.В. (1997) Литогенез в рифейских осадочных толщах Башкирского мегантиклинория (Ю. Урал). Екатеринбург: УрО РАН, 290 с.Берг Л.С. (1938) Основы климатологии. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: ГУПИ Наркомпроса РСФСР, 455 с.Геология Беларуси (2001) (Под ред. А.С. Махнача, Р.Г. Гарецкого, А.В. Матвеева). Минск: ИГН НАН Беларуси, 815 с.Гольберт А.В. (1987) Основы региональной палеоклиматологии. М.: Недра, 222 с.Гражданкин Д.В., Маслов А.В., Крупенин М.Т., Ронкин Ю.Л. (2010) Осадочные системы сылвицкой серии (верхний венд Среднего Урала). Екатеринбург: УрО РАН, 280 с.Григорьев А.А., Будыко М.И. (1959) Классификация климатов СССР. Изв. АН СССР. Сер. География, (3), 3-19.Кислов А.В., Суркова Г.В. (2023) Климатология. 4-е изд., испр. и доп. М.: Инфра-М, 324 с.Климат в эпохи крупных биосферных перестроек. (2004) (Гл. ред. Ю.Г. Леонов). М.: Наука, 299 с.Маслов А.В. (1988) Литология верхнерифейских отложений Башкирского мегантиклинория. М.: Наука, 133 с.Маслов А.В. (2020) Литогеохимия глинистых пород и вулканических туфов в разрезах венда западного склона Среднего Урала: черты сходства и различия. Вестн. Санкт-Петербургского ун-та. Науки о Земле, 65(3), 577-599. https://doi.org/10.21638/spbu07.2020.309Маслов А.В. (2022) Источники кластики для верхнерифейского аркозового комплекса Южного Урала: некоторые геохимические ограничения. Геохимия, 67(11), 1124-1141. https://doi.org/10.31857/S0016752522110073Маслов А.В., Мельничук О.Ю. (2023) Существуют ли ограничения при реконструкции категорий рек, связанные с появлением высшей растительности? Литология и полез. ископаемые, (1), 69-95. https://doi.org/10.31857/S0024497X23010056Маслов А.В., Крупенин М.Т., Киселева Д.В. (2011) Литогеохимия алюмосиликластических пород серебрянской серии венда Среднего Урала. Геохимия, (10), 1032-1062.Маслов А.В., Гражданкин Д.В., Гой Ю.Ю. (2013) Примитивные палеопочвы в разрезах зильмердакской свиты Южного Урала (текстурный и литогеохимический аспекты). Литосфера, (2), 45-64.Маслов А.В., Крупенин М.Т., Гареев Э.З. (2003) Литологические, литохимические и геохимические индикаторы палеоклимата (на примере рифея Южного Урала). Литология и полез. ископаемые, (5), 427-446.Маслов А.В., Мельничук О.Ю., Кузнецов А.Б., Подковыров В.Н. (2024) Литогеохимия верхнедокмебрийских отложений Беларуси. Сообщ. 2. Петрофонд, палеогеодинамика, палеогеография и палеоклимат. Литология и полез. ископаемые, (5), 515-543. https://doi.org/10.31857/S0024497X24050019Маслов А.В., Ронкин Ю.Л., Крупенин М.Т., Петров Г.А., Корнилова А.Ю., Лепихина О.П., Попова О.Ю. (2006) Систематика редкоземельных элементов, Th, Hf, Sc, Co, Cr и Ni в глинистых породах серебрянской и сылвицкой серии венда западного склона Среднего Урала – инструмент мониторинга состава источников сноса. Геохимия, (6), 610-632.Мельничук О.Ю. (2024) Первые следы разрушения позднепалеозойского аккреционного орогена на восточном склоне Среднего Урала. Тр. ИГГ УрО РАН, вып. 168, 37-46. https://doi.org/10.24930/0371-7291-2024-168-37-46Мельничук О.Ю., Бадида Л.В. (2026) Опыт реконструкции климата на палеоводосборах верхнефранской кодинской свиты (восточный склон Среднего Урала). Russ. J. Earth. Sci. (В печати).Мельничук О.Ю., Маслов А.В. (2025а) Химический состав глинистых пород венда Среднего Урала и некоторые количественные характеристики палеоклимата. Литология и полез. ископаемые, (3), 273-295. https://doi.org/10.31857/S0024497X25030026Мельничук О.Ю., Маслов А.В. (2025б) Химический состав глинистых пород стратотипа рифея и некоторые количественные характеристики палеоклимата. Литосфера, 25(4), 725-747. https://doi.org/10.24930/2500-302X-2025-25-4-725-747Мельничук О.Ю., Рянская А.Д. (2017) Особенности вещественного состава aргиллитов кодинской свиты (верхний девон, восток Среднего Урала). Литосфера, 17(3), 71-86.Методы реконструкции палеоклиматов. (1985) (Отв. ред. А.А. Величко). М.: Наука, 197 с.Синицын В.М. (1980) Введение в палеоклиматологию. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Недра, 248 с.Страхов Н.М. (1960а) Основы теории литогенеза. Т. 1. Типы литогенеза и их размещение на поверхности Земли. М.: АН СССР, 212 с.Страхов Н.М. (1960б) Основы теории литогенеза. Т. 2. Закономерности состава и размещения гумидных отложений. М.: АН СССР, 574 с.Страхов Н.М. (1962) Основы теории литогенеза. Т. 3. Закономерности состава и размещения аридных отложений. М.: АН СССР, 550 с.Хромов С.П., Петросянц М.А. (2006) Метеорология и климатология. 7-е изд. М.: МГУ; Наука, 582 с.Чумаков Н.М. (2004) Общий обзор позднемезозойского климата и событий. Климат в эпохи крупных биосферных перестроек. (Гл. ред. Ю.Г. Леонов). М.: Наука, 44-51.Юдович Я.Э., Кетрис М.П. (2000) Основы литохимии. СПб.: Наука, 479 с.Юдович Я.Э., Кетрис М.П. (2011) Геохимические индикаторы литогенеза (литологическая геохимия). Сыктывкар: Геопринт, 742 с.Юдович Я.Э., Кетрис М.П., Рыбина Н.В. (2018) Геохимия титана. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 432 с.Юдович Я.Э., Кетрис М.П., Рыбина Н.В. (2020) Геохимия фосфора. Сыктывкар: ИГ Коми НЦ УрО РАН, 512 с.Янин Б.Т. (2009) Палеобиогеография. М.: Академия, 256 с. Япаскурт О.В. (2008) Генетическая минералогия и стадиальный анализ процессов осадочного породо- и рудообразования. М.: Эслан, 356 с.Ясаманов Н.А. (1985) Древние климаты Земли. Л.: Гидрометеоиздат, 294 с.Algeo T.J., Li C. (2020) Redox classification and calibration of redox thresholds in sedimentary systems. Geochim. Cosmochim. Acta, 287, 8-26. https://doi.org/10.1016/j.gca.2020.01.055Babechuk M.G., Widdowson M., Kamber B.S. (2014) Quantifying chemical weathering intensity and trace element release from two contrasting basalt profiles, Deccan Traps, India. Chem. Geol., 363, 56-75. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2013.10.027Boucot A.J., Shen X., Scotese C.R., Morley R.J. (2013) Phanerozoic Paleoclimate: An Atlas of Lithologic Indicators of Climate. SEPM Concepts in Sedimentology and Paleontology, 11, 30. https://doi.org/10.2110/sepmcsp.11Bracciali L., Marroni M., Pandolfi L., Rocchi S. (2007) Geochemistry and petrography of Western Tethys Cretaceous sedimentary covers (Corsica and Northern Apennines): From source areas to configuration of margins. Sedimentary Provenance and Petrogenesis: Perspectives from Petrography and Geochemistry. Geol. Soc. Amer. Spec. Pap., 420, 73-93. https://doi.org/10.1130/2006.2420(06)Bradley R.S. (2015) Paleoclimatology. Reconstructing climates of the quaternary. 3rd ed. Oxford, Elsevier, Academic Press, 675 p. https://doi.org/10.1016/C2009-0-18310-1Cho T., Ohta T. (2022) A robust chemical weathering index for sediments containing authigenic and biogenic materials. Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Palaeoecol., 608, 111288. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2022.111288Condie K.C. (1993) Chemical composition and evolution of the upper continental crust: Contrasting results from surface samples and shales. Chem. Geol., 104(1-4), 1-37. https://doi.org/10.1016/0009-2541(93)90140-ECondie K.C., Wronkiewicz D.J. (1990) The Cr/Th ratio in Precambrian pelites from the Kaapvaal craton as an index of craton evolution. Earth Planet. Sci. Lett., 97(3-4), 256-267. https://doi.org/10.1016/0012-821X(90)90046-ZDeng K., Yang S., Guo Y. (2022) A global temperature control of silicate weathering intensity. Nat. Commun., 13(1), 1781. http://doi.org/10.1038/s41467-022-29415-0Duzgoren-Aydin N.S., Aydin A., Malpas J. (2002) Re-assessment of chemical weathering indices: case study on pyroclastic rocks of Hong Kong. Eng. Geol., 63(1-2), 99-119. https://doi.org/10.1016/S0013-7952(01)00073-4Fedo C.M., Nesbitt H.W., Young G.M. (1995) Unraveling the effects of potassium metasomatism in sedimentary rocks and paleosols, with implications for paleoweathering conditions and provenance. Geology, 23(10), 921-924. https://doi.org/10.1130/0091-7613(1995)0232.3.CO;2Flohn H. (1950) Neue Anschauungen über die allgemeine Zirkulation der Atmosphäre und ihre klimatische Bedeutung. Erdkunde, (4), 141-162.Floyd P.A., Leveridge B.E. (1987) Tectonic Environment of the Devonian Gramscatho Basin South Cornwall: Framework Mode and Geochemical Evidence from Turbiditic Sandstones. J. Geol. Soc. London, 144, 531-542. http://doi.org/10.1144/gsjgs.144.4.0531Geiger R. (1954) Klassifikation der Klimate nach W. Köppen. Landolt-Börnstein – Zahlenwerte und Funktionen aus Physik, Chemie, Astronomie, Geophysik und Technik, alte Serie V. 3. Berlin: Springer, 603-607.Gillet N.P., Kirchmeier-Young M., Ribes A., Shiogama H., Hegerl G.C., Knutti R., Gastineau G., John J.G., Li L., Nazarenko L., Rosenbloom N., Seland Ø., Wu T., Yukimoto S., Ziehn T. (2021) Constraining human contributions to observed warming since the pre-industrial period. Nat. Clim. Chang., 11, 207-212. https://doi.org/10.1038/s41558-020-00965-9Goessling H.F., Rackow T., Jung T. (2024) Recent global temperature surge intensified by record-low planetary albedo. Science, 387(6729), 68-73. https://doi.org/10.1126/science.adq7280Gwizd S., Fedo C., Grotzinger J., Banham S., Rivera-Hernández F., Stack K.M., Siebach K., Thorpe M., O’Connell-Cooper C., Stein N., Edgar L., Gupta S., Rubin D., Sumner D., Vasavada A.R. (2022) Sedimentological and geochemical perspectives on a marginal lake environment recorded in the Hartmann’s Valley and Karasburg members of the Murray formation, Gale crater, Mars. J. Geophys. Res. Planets, 127(8), e2022JE007280. https://doi.org/10.1029/2022JE007280Köppen W. (1884) Die Wärmezonen der Erde, nach der Dauer der heissen, gemässigten und kalten Zeit und nach der Wirkung der Wärme auf die organische Welt betrachtet (The thermal zones of the earth according to the duration of hot, moderate and cold periods and to the impact of heat on the organic world). Meteorol., 1, 215-226 (translated and ed. by E. Volken, S. Brönnimann (2011) Meteorol., 20(3), 351-360). https://doi.org/10.1127/0941-2948/2011/105Köppen W. (1923) Die Klimate der Erde: Grundriss der Klimakunde. Berlin, Leipzig: De Gruyter, 369 p. https://doi.org/10.1515/9783111491530Kupfer E. (1954) Entwurf einer Klimakarte auf genetischer Grundlage. Zeitschr. Erdkundeunterr, (6), 5-13. Kuzmenkova О.F., Laptsevich А.G., Streltsova G.D., Мinenkova Т.M. (2018) Riphean and Vendian of the conjugation zone of the Orshanskya Depth and the Zlobin Saddle (Bykhovskaya parametric borehole). Проблемы геологии Беларуси и смежных территорий. Мат-лы междунар. науч. конф., посвящ. 100-лет. со дня рождения академика НАН Беларуси А.С. Махнача. (Ред. А.А. Махнач). Минск: СтройМедиаПроект, 101-105.Li Z.-X., Liu Y., Ernst R. (2023) A dynamic 2000–540 Ma Earth history: From cratonic amalgamation to the age of supercontinent cycle. Earth Sci. Rev., 238, 104336. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2023.104336Lipp A.G., Shorttle O., Syvret F., Roberts G.G. (2020) Major Element Composition of Sediments in Terms of Weathering and Provenance: Implications for Crustal Recycling. Geochem. Geophys. Geosyst., 21(6), e2019GC008758. https://doi.org/10.1038/s41467-020-18258-2McLennan S.M. (1993) Weathering and Global Denudation. J. Geol., 101(2), 295-303. https://doi.org/10.1086/648222McLennan S.M., Hemming S., McDaniel D.K., Hanson G.N. (1993) Geochemical Approaches to Sedimentation, Provenance and Tectonics. Processes Controlling the Composition of Clastic Sediments. Geol. Soc. Amer. Spec. Pap., 285, 21-40. http://doi.org/10.1130/SPE284-p21Meunier A. (1980) Les mécanismes de l’altération des granites et le rôle des microsystèmes: étude des arènes du massif granitique de Parthenay (Deux-Sèvres). Memoir. Soc. Géol. France, 140, 1-80.Meunier A., Caner L., Hubert F., El Albani A., Pret D. (2013) The weathering intensity scale (WIS): An alternative approach of the Chemical Index of Alteration (CIA). Amer. J. Sci., 313(2), 113-143. https://doi.org/10.2475/02.2013.03Molén M.O. (2024) Geochemical proxies: Paleoclimate or paleoenvironment? Geosyst. Geoenviron., 3, 100238. https://doi.org/10.1016/j.geogeo.2023.100238Neef E. (1956) Die Erde Klimazonen. Wandkarte 1 : 15 000 000. Gotha, 7 p.Nesbitt H.W., Young G.M. (1982) Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites. Nature, 299(5885), 715-717. https://doi.org/10.1038/299715a0Nesbitt H.W., Young G.M. (1984) Prediction of some weathering trends of plutonic and volcanic rocks based on thermodynamic and kinetic considerations. Geochim. Cosmochim. Acta, 48(7), 1523-1534. https://doi.org/10.1016/0016-7037(84)90408-3Nesbitt H.W., Fedo C.M., Young G.M. (1997) Quartz and Feldspar Stability, Steady and Non Steady State Weathering, and Petrogenesis of Siliciclastic Sands and Muds. J. Geol., 105(2), 173-192. https://doi.org/10.1086/515908Paleoclimatology. (2021) (Ed. by G. Ramstein, A. Landais, N. Bouttes, P. Sepulchre, A. Govin). Cham: Springer, 485 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-24982-3Panahi A., Young G.M., Rainbird R.H. (2000) Behavior of major and trace elements (including REE) during Paleoproterozoic pedogenesis and diagenetic alteration of an Archean granite near Ville Marie, Québec, Canada. Geochim. Cosmochim. Acta, 64(13), 2199-2220. https://doi.org/10.1016/S0016-7037(99)00420-2Parker A. (1970) An Index of Weathering for Silicate Rocks. Geol. Mag., 107(6), 501-504. https://doi.org/10.1017/S0016756800058581Paszkowski M., Budzyn B., Mazur S., Sláma J., Shumlyanskyy L., Srodon J., Dhuime B., Kedzior A., Liivamägi S., Pisarzowska A. (2019) Detrital zircon U–Pb and Hf constraints on provenance and timing of deposition of the Mesoproterozoic to Cambrian sedimentary cover of the East European Craton, Belarus. Precambrian Res., 331, 105352. https://doi.org/10.1016/j.precamres.2019.105352Peel М.С., Finlayson B.L., McMahon T.A. (2007) Updated world map of the Koppen–Geiger climate classification. Hydrol. Earth Syst. Sci., 11(5), 1633-1644. https://doi.org/10.5194/hess-11-1633-2007Plant Functional Types: Their Relevance to Ecosystem Properties and Global. (1997) (Ed. by T.M. Smith, H.H. Shugart, F.I. Woodward). Cambridge: Cambridge University Press, 369 p.Rudnick R.L., Gao S. (2014) Composition of the continental crust. Treatise on Geochemistry. (Ed. by H.D. Holland, K.K. Turekian). 2nd ed. Oxford: Elsevier, 1-51. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-095975-7.00301-6Spicer R.A., Yang J., Spicer T.E.V., Farnsworth A. (2021) Woody dicot leaf traits as a palaeoclimate proxy: 100 years of development and application. Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Palaeoecol., 562, 110138. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2020.110138Tabor N.J., Myers T.S. (2015) Paleosols as Indicators of Paleoenvironment and Paleoclimate. Ann. Rev. Earth Planet. Sci., 43, 333-361. https://doi.org/10.1146/annurevearth-060614-105355van de Kamp P.C. (2016) Potassium distribution and metasomatism in pelites and schists: how and when, relation to postdepositional events. J. Sediment. Res., 86(6), 683-711. https://doi.org/10.2110/jsr.2016.44White A.F., Blum A.E., Schultz M.S., Huntington T.G., Peters N.E., Stonestrom D. (2002) Chemical weathering of the Panola Granite: Solute and regolith elemental fluxes and the weathering rate of biotite. Water-Rock Interactions, Ore deposits and Environmental geochemistry: A tribute to David Crerar: Geol. Soc. Spec. Publ., (7), 37-59.Young G.M., Williams G.E. (2020) Proterozoic Climates. Encyclopedia of Geology. 2nd ed. V. 5. Climates. (Ed. by S. Elias, D. Alderton). Amsterdam: Elsevier, 557-570. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-409548-9.12540-0Yu C., Zhang L., Hou M., Yang J., Zhong H., Wang C. (2023) Climate paleogeography knowledge graph and deep time paleoclimate classifications. Geosci. Front., 14, 101450. https://doi.org/10.1016/j.gsf.2022.101450Zhang L., Wang C., Li X., Cao K., Song Y., Hu B., Lu D., Wang Q., Du X., Cao S. (2016) A new paleoclimate classification for deep time. Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Palaeoecol., 443, 98-106. https://doi.org/10.1016/j.palaeo.2015.11.041

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу

© Melnichuk O.Y., Maslov A.V., Badida L.V., 2025

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».