Kromspecificering i marine carbonater og konsekvenser for atmosfærisk iltning

Oxidationen af ​​Jordens tidlige atmosfære og hav spillede en vigtig rolle i livets udvikling. Rekonstruktion af paleo-redox-betingelserne er afgørende for forståelsen af ​​livets og miljøets samevolution. Cr-isotopkompositionen i sedimentære bjergarter er i stigende grad blevet brugt som en ny paleo-redox-indikator. Det er stort set baseret på den antagelse, at når det atmosfæriske iltniveau er relativt højt, oxidation af Cr (III) i terrestriske sten vil resultere i opløseligt Cr (VI).

Denne proces kan føre til positivt fraktioneret Cr isotopisk sammensætning af Cr (VI), som i sidste ende vil blive transporteret til havet og bevaret i sedimentære klipper. Karbonater er vidt udbredte sedimentære sten og er et vigtigt geologisk arkiv. Tidligere undersøgelser antydede, at Cr (VI) i havvand direkte kan inkorporeres i carbonatkrystalgitter, og marint ikke-skeletcarbonat kunne direkte registrere Cr isotopisk sammensætning af det samtidige havvand. Imidlertid, der er hidtil ingen direkte beviser for tilstedeværelsen af ​​Cr (VI) i sedimentære carbonater.

For at løse, om Cr (VI) er til stede i sedimentære carbonater, Ziyao Fang og kollegaer anvendte synkrotronbaserede røntgenabsorptionsnærkantstransaktioner (XANES) til geokemiske undersøgelser. De undersøgte Cr valenstilstande og Cr isotopiske sammensætninger af sedimentære carbonater dannet i forskellige geologiske perioder. Deres resultater viste, at Cr (III) dominerer i alle sedimentære marine carbonater, selv i dem, der har positivt fraktionerede Cr isotopiske sammensætninger. Dette er i klar kontrast til den tidligere antagelse.

Fang og kolleger foreslog to mulige mekanismer for fravær af Cr (VI) i carbonater. Den ene er, at Cr (VI) i havvand kan have været reduceret af mikrober eller porevand under carbonatudfældning eller tidlig diagenese. I dette tilfælde, reduktionen af ​​Cr (VI) er sandsynligvis ikke kvantitativ i det relativt oxiske carbonataflejringsmiljø, og som følge heraf, den isotopiske sammensætning af carbonat ville være lettere end for samtidigt havvand. Den anden mulige mekanisme er, at carbonater fortrinsvis direkte optager Cr (III) i havvand, især dem, der blev dannet i de tidlige geologiske tider, hvor iltniveauet i vid udstrækning betragtes som lavt. Trivalent Cr kan komme fra ikke-redox Cr-cykling, og nyere undersøgelser tyder på, at opløsning og adsorption af Cr (III) også kan forårsage positiv Cr -isotopfraktionering. Derfor, de let positivt fraktionerede Cr isotopiske værdier registreret i nogle sedimentære carbonater svarer ikke nødvendigvis til tilstedeværelsen af ​​oxidativ Cr (III) forvitring som tidligere foreslået.