Volcanic-affinity compositional shifts obscure chemical weathering signals in black shales
Deze studie toont aan dat een vulkanisch-affiene compositionele menging misleidende chemische verwering-signalen in zwarte schalie kan creëren, wat een nieuw gezamenlijk blootstellings–afwijkingskader noodzakelijk maakt om werkelijke paleoweeringsveranderingen te onderscheiden van artefacten van de bronrotscompositie.
Oorspronkelijk artikel gelicentieerd onder CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dit is een AI-gegenereerde uitleg van het onderstaande artikel. Het is niet geschreven of goedgekeurd door de auteurs. Raadpleeg het oorspronkelijke artikel voor technische nauwkeurigheid. Lees de volledige disclaimer
Diepe tijd is een uitgestrekt, stil archief geschreven in de steen van de aardkorst. Om het klimaat van miljoenen jaren geleden te lezen, wenden geologen zich vaak tot zwarte schalie, een type donker, fijnkorrelig gesteente dat vormt in rustige, zuurstofarme wateren. Deze gesteenten zijn bijzonder waardevol omdat ze een chemisch verslag opslaan van het land dat erin erodeerde. Wanneer regen op gesteente valt, breekt het dit af in een proces dat chemische verwering wordt genoemd, waarbij bepaalde elementen zoals natrium en calcium worden weggespoeld terwijl anderen, zoals aluminium, achterblijven. Wetenschappers hebben wiskundige instrumenten ontwikkeld om te meten hoeveel van dit wegspoelen is gebeurd, waarbij ze het resterende evenwicht van elementen gebruiken om te schatten hoe nat of droog het oude klimaat was. Als het gesteente laat zien dat de meeste gemakkelijk oplosbare elementen verdwenen zijn, suggereert dit een warm, nat klimaat dat het gesteente grondig heeft afgebroken. Als die elementen aanwezig blijven, suggereert dit een droger of kouder verleden. Deze methode is een hoeksteen geworden voor het begrijpen van hoe de atmosfeer en de koolstofcyclus van de aarde gedurende eonen zijn veranderd.
Echter, een nieuwe studie suggereert dat dit chemische verslag gemakkelijk verward kan worden door een ander soort geologische gebeurtenis: de aankomst van vers vulkanisch materiaal. Onderzoekers van de Pekingse Universiteit analyseerden 1.546 monsters van zwarte schalie verzameld uit de wetenschappelijke literatuur om te zien of de aanwezigheid van vulkanisch puin de chemische signatuur van een droog klimaat kon nabootsen. Ze ontdekten dat wanneer vers vulkanisch gesteente, rijk aan mineralen zoals veldspaat, zich mengt met het sediment, de chemische mix wordt overspoeld met elementen die normaal gesproken tijdens verwering verdwijnen. Deze instroom maakt het gesteente chemisch "vers", alsof het helemaal niet was verweerd, zelfs als het oude klimaat eigenlijk zeer nat was. De studie onthult dat deze vulkanische invloed de ware verwering-signatuur volledig kan vertroebelen, wat leidt ertoe dat wetenschappers het oude milieu verkeerd interpreteren.
Het team richtte zich op een specifieke groep elementen — aluminium, calcium, natrium en kalium — die centraal staan in deze verwering-berekeningen. Ze bouwden een statistisch model om de monsters te rangschikken op basis van hoe zeer ze leken op vulkanisch materiaal versus typisch verweerd gesteente. Terwijl ze door de monsters bewogen, van de monsters die het meest leken op gewoon verweerd gesteente naar de monsters die het meest leken op vers vulkanisch puin, observeerden ze hoe de verwering-scores veranderden. De resultaten waren opmerkelijk. De standaard scores die worden gebruikt om de intensiteit van verwering te meten, daalden scherp naarmate de vulkanische invloed toenam. Met andere woorden: hoe meer vulkanisch materiaal aanwezig was, hoe droger het klimaat leek, ongeacht wat het werkelijke weer was. Dit gebeurde omdat de verse vulkanische mineralen precies de elementen toevoegden die regen normaal gesproken wegwast, waardoor de chemische klok werd gereset.
De onderzoekers keken ook naar hoe verschillende verwering-formules reageerden op deze mix. Ze vonden dat drie veelvoorkomende formules in perfecte lockstep bewogen, waarbij ze allemaal daalden om minder sterke verwering te suggerien naarmate het vulkanische materiaal toenam. Een vierde formule gedroeg zich anders en steeg licht, wat overeenkwam met de verwachting dat verse gesteenten bepaalde elementen vasthouden. Het feit dat de drie belangrijkste formules zo perfect overeenkwamen, was niet, zoals eerder gedacht, een teken dat het verwering-signaal robuust was. In plaats daarvan toonde de studie aan dat deze overeenstemming een illusie was, gecreëerd door de gedeelde manier waarop deze formules zijn opgebouwd. Ze vertrouwen allemaal op dezelfde handvol elementen, dus wanneer vulkanisch materiaal die elementen verschuift, verschuiven alle formules samen, wat een valse consensus creëert.
Om dit inzichtelijk te maken, scheidden de auteurs twee zaken die vaak worden verward: de hoeveelheid vulkanisch materiaal in een gesteente en de werkelijke chemische verandering veroorzaakt door verwering. Ze vonden dat een gesteente vol kan zitten met vulkanisch puin maar nog steeds een chemische signatuur kan vertonen die normaal leek, en dat het een gesteente kan hebben met heel weinig vulkanisch materiaal maar toch een enorme chemische verschuiving kan vertonen. Dit betekent dat het simpelweg zien van een lage verwering-score niet automatisch bewijst dat het klimaat droog was, noch een hoge score garandeert dat het nat was. De aanwezigheid van vulkanisch materiaal is een aparte factor die geïdentificeerd moet worden voordat het verhaal van de verwering verteld kan worden. De studie identificeerde dat ongeveer 82 procent van de monsters die ze bestudeerden nog steeds paste bij de standaard verwering-modellen, maar dat bijna 18 procent significante afwijkingen vertoonde die niet alleen door het klimaat verklaard konden worden.
Het team stopte niet bij de cijfers; ze gingen naar een specifieke gesteentelagen in noordwest-China om te zien wat er fysiek in de grond gebeurde. Met behulp van krachtige microscopen en chemische scanners onderzochten ze dunne plakjes van de zwarte schalie. Ze vonden dat de gesteenten aanzienlijke hoeveelheden veldspaat en andere mineralen bevatten die afkomstig zijn van verse vulkanische bronnen. Deze mineralen waren fysiek aanwezig in het gesteente, wat bevestigde dat de chemische verschuivingen die ze in de data zagen, werden veroorzaakt door echt, tastbaar vulkanisch puin dat zich met het sediment mengde. Dit fysieke bewijs ondersteunde hun model, waarbij werd aangetoond dat het "verse" chemische signaal inderdaad afkomstig was van vulkanische gesteenten die nog niet door regen waren verweerd.
Ten slotte ontwikkelden de onderzoekers een praktisch hulpmiddel om andere wetenschappers te helpen deze valstrik te vermijden. Ze creëerden een systeem dat routineuze chemische gegevens gebruikt, die al beschikbaar zijn voor de meeste gesteentemonsters, om de mate van vulkanische invloed te schatten. Dit instrument kan monsters markeren die waarschijnlijk misleidend zijn, waardoor onderzoekers worden aangespoord om te pauzeren en onafhankelijk bewijs te zoeken, zoals de aanwezigheid van aslagen of specifieke mineralen, voordat ze conclusies trekken over het oude klimaat. De studie zegt niet dat verwering-signalen nutteloos zijn, maar benadrukt dat ze eerst gecontroleerd moeten worden op de mogelijkheid van vulkanische contaminatie. Door het onderscheid te maken tussen de chemische vingerafdruk van een nat klimaat en de chemische vingerafdruk van vers vulkanisch gesteente, biedt de studie een helderder pad voor het lezen van de diepe geschiedenis van de aarde.
Verdrinkt u in papers in uw vakgebied?
Ontvang dagelijkse digests van de nieuwste papers die bij uw onderzoekswoorden passen — met technische samenvattingen, in uw taal.