Ny marine svovlcyklusmodel efter Snowball Earth-glaciationen

Sturtian Snowball Earth-glaciationen (~717-660 millioner år siden) repræsenterer det mest alvorlige ishusklima i Jordens historie. Geologiske beviser tyder på, at under denne istid, iskapper udvidet til lave breddegrader, og modelsimuleringer tyder på globale frosne oceaner samt en længere nedlukning af de hydrologiske kredsløb. Snowball Earth-hypotesen hævder, at Sturtian globale istid er direkte udløst af intens kontinental forvitring, der fjerner atmosfærisk CO ₂ , mens den globale frosne tilstand afsluttes af ekstrem høj atmosfærisk CO ₂ niveauer (~350 gange det nuværende atmosfæriske niveau), som er foreviget af synglaciale vulkanudbrud i snesevis af millioner år. Deglaciationen er en brat proces, varer i hundreder til tusinder af år, og den skarpe overgang til en drivhustilstand er ledsaget af ekstremt høje vejrforhold og efterfulgt af forstyrrelser af den marine svovlcyklus.

Usædvanlig forstyrrelse af den marine svovlcyklus efter Sturtian-glaciationen antydes til verdensomspændende nedbør af isotopisk supertung sedimentær pyrit (FeS ₂ ) i de interglaciale sedimenter. I den klassiske svovlkredsløbsramme, pyrit, det overvejende sulfidmineral i sedimenter er altid opbrugt ³⁴ S sammenlignet med havvandssulfat, fordi sulfatreducerende mikrober fortrinsvis udnytter ³² S beriget sulfat for at generere sulfid. Imidlertid, en kompilering af pyrit svovlisotopdata viser ekstremt høje værdier (op til +70 %, åbenbart højere end havvandssulfatværdier fra samme tid) i kølvandet på den Sturtske istid. Selvom supertung pyrit også er rapporteret i andre geologiske perioder, det kryogeniske interglaciale interval efter Sturtian-glaciationen repræsenterer den eneste gang med supertung pyritdannelse på globalt plan i ~10 millioner år. Den traditionelle teoretiske svovlcyklusmodel adresserer ikke tilfredsstillende den langsigtede og globale forekomst af supertung pyrit i det kryogeniske interglaciale interval.

Dr. Lang og hans kolleger foreslog en ny svovlcyklusmodel, der inkorporerer flygtige organosulfurforbindelser (VOSC) for at fortolke den globale forekomst af supertung pyrit efter Sturtian-glaciationen. De udførte detaljerede petrografiske observationer og parrede pyritindhold og svovlisotopdata for supertung pyrit fra de kryogeniske interglaciale aflejringer i Datangpo-formationen i Sydkina. Både de petrografiske og geokemiske data fra Sydkina indikerer, at de kryogeniske interglaciale oceaner hovedsageligt var sulfidiske (anoxiske og H ₂ S beriget). Under sulfidiske forhold, flygtige organosulfurforbindelser (VOSC) kunne dannes gennemtrængende via sulfidmethylering. Fordi VOSC altid har en lavere svovlisotopværdi i forhold til havvandssulfat, kontinuerlig VOSC-emission ville hæve svovlisotopen af ​​resterende svovlpulje af sulfidisk havvand, resulterer i en vertikal isotopgradient af havvand og udfældning af supertung pyrit nær/ved havbunden.

Deres resultater viser, at supertung pyritdannelse kræver både høj mikrobiel sulfatreduktion og VOSC-dannelseshastigheder for at opretholde en sådan usædvanlig forstyrrelse af marine svovlcyklus. Da organisk stof og sulfat er forudsætninger for disse reaktioner, ~ 10 millioner-årige forekomster af supertung pyrit kan tyde på kontinuerlig høj primær produktivitet og intens kontinental kemisk forvitring efter Sturtian-glaciationen. Disse resultater forbedrer vores forståelse af Snowball Earth-begivenheden og det gamle marine svovlkredsløb.