litosphereЛитосфераLITHOSPHERE (Russia)1681-90042500-302XA.N. Zavaritsky Institute of Geology and Geochemistry10.24930/2500-302X-2025-25-3-438-450DQTPYJlitosphere-2305Research ArticleСтатьиArticlesПервые данные об изотопном составе углерода конодонтовых элементов из средней перми (казанский ярус) в разрезе Чимбулат (Вятские дислокации, Волго-Уральская антеклиза)First data on the carbon isotope composition of conodont elements from the Middle Permian (Kazanian Stage) of the Tchimbulat section (Vyatka Dislocations, Volga-Ural Anteclise)ЖуравлевА. В.ZhuravlevA. V.

167982, г. Сыктывкар, ул. Первомайская, 54

54 Pervomaiskaya st., Syktyvkar 167982

micropalaeontology@gmail.comИнститут геологии им. академика Н.П. Юшкина ФИЦ Коми НЦ УрО РАНРоссияN.P. Yushkin Institute of Geology, FRC Komi SC UB RASRussian Federation202515072025253438450Copyright © Журавлев А.В., 20252025Журавлев А.В.Zhuravlev A.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.lithosphere.ru/jour/article/view/2305Объект исследования

Объект исследования. Изотопный состав углерода конодонтовых элементов среднепермского возраста из разреза немдинской свиты в карьере Чимбулат.

Цель

Цель. Палеоэкологическая интерпретация данных по изотопному составу углерода конодонтовых элементов из раннеказанских отложений Волго-Вятского района.

Материалы и методы

Материалы и методы. Изотопный состав углерода изучен в 11 конодонтовых элементах родов Stepanovites, Sweetina и Kamagnathus из 9 образцов. Образцы характеризуют региональную конодонтовую зону Kamagnathus khalimbadzhae.

Результаты

Результаты. Средний изотопный состав углерода конодонтовых элементов в изученных образцах составляет –27.3‰, что ниже среднего значения для девонско-каменноугольного интервала палеотропической области (–26.7‰) и сходно с изотопным составом конодонтов из биогермных и прибиогермных фаций среднего карбона Пай-Хоя. Судя по относительно легкому изотопному составу углерода по сравнению с другими конодонтами, среднепермская группа Stepanovites–Sweetina, вероятно, занимала трофическую позицию первичных консументов. По соотношению изотопного состава конодонтов и вмещающих карбонатов реконструируется низкая до умеренной первичная биопродуктивность пелагиали раннеказанского бассейна в Волго-Вятском районе. С учетом полученных данных отмечен отрицательный тренд в изменении изотопного состава углерода конодонтовых элементов в позднедевонско-среднепермском интервале. Этот тренд совпадает со снижением содержания углекислоты в атмосфере. δ13C конодонтов могло быть связано с содержанием углекислоты в атмосфере через интенсивность фракционирования изотопов углерода фитопланктоном.

Выводы

Выводы. Реконструирована относительно невысокая первичная биопродуктивность пелагиали раннеказанского морского бассейна в Волго-Вятском районе. Конодонты группы Stepanovites–Sweetina в трофической сети пелагиали казанского бассейна занимали позицию первичных консументов, питавшихся фитопланктоном с изотопно-легким углеродом. Легкий изотопный состав углерода может быть связан с относительно медленным ростом фитопланктона и, опосредованно, с низким содержанием углекислоты в атмосфере в раннеказанское время. Предполагаемая зависимость δ13C конодонтов отряда Prioniodinida от содержания углекислоты в атмосфере может использоваться для приближенной оценки вариаций содержания углекислого газа для отдельных стратиграфических интервалов.

Research subject

Research subject. Carbon isotope composition of conodont elements of Middle Permian age from the section of the Nemda Formation in the Chimbulat quarry.

Aim

Aim. Paleoecological interpretation of data on the carbon isotope composition of conodont elements from Early Kazanian deposits of the Volga-Vyatska region.

Materials and Methods

Materials and Methods. Carbon isotope composition was studied in 11 conodont elements of the Stepanovites, Sweetina, and Kamagnathus genera from 9 samples. The samples characterize the Kamagnathus khalimbadzhae regional conodont zone.

Results

Results. The average carbon isotopic composition of conodont elements in the studied samples was –27.3‰, which is lower than the average value for the Devonian-Carboniferous interval of the palaeotropical realm (–26.7‰) and similar to the isotopic composition of conodonts from biohermal and near-biohermal facies of the Middle Carboniferous of Pai-Khoi. Judging by the relatively light carbon isotopic composition, the Middle Permian Stepanovites–Sweetina group probably occupied the trophic position of primary consumers. The relation of the isotopic composition of conodonts and host carbonates allow us to reconstruct the low to moderate pelagic primary bioproductivity of the Early Kazanian basin in the Volga-Vyatka region. According to the obtained data, a negative trend in the change of carbon isotope composition of conodont elements in the Late DevonianMiddle Permian interval was noted. This trend coincides with the decrease in carbon dioxide content in the atmosphere. The δ13C of conodonts could be related to the atmospheric carbon dioxide content through the intensity of carbon isotope fractionation by phytoplankton.

Conclusions

Conclusions. The relatively low pelagic primary bioproductivity of the Early Kazanian marine basin in the Volga-Vyatka region was reconstructed. Conodonts of the Stepanovites–Sweetina group in the pelagic trophic network of the Kazanian basin occupied the position of primary consumers feeding on phytoplankton with a light carbon isotope composition. This light carbon isotope composition may have been caused by a relatively low phytoplankton growth rate and, indirectly, with a low atmospheric carbon dioxide content in the Early Kazanian time. The assumed dependence of δ13C of Prioniodinida conodonts on the atmospheric carbon dioxide content can be used for approximate estimation of carbon dioxide content variations for some stratigraphic intervals.

изотопный состав углеродаконодонтысредняя пермьказанский ярусВолго-Уральская антеклизаcarbon isotope compositionconodontsMiddle PermianKazanian StageVolga-Ural AntecliseИсследования проводились в рамках государственного задания по теме № 122040600008-5.The research was conducted within the framework of the state assignment on topic No. 122040600008-5.ReferencesЖуравлев А.В. (2005) Конодонтовые ассоциации немдинской свиты (казанский ярус, Волго-Вятский район). Регион. геология и металлогения, (23), 69-73.Balter V., Martin J.E., Tacail T., Suan G., Renaud S., Girard C. (2019) Calcium stable isotopes place Devonian conodonts as first level consumers. Geochem. Perspectives. Lett., 10, 36-39. https://doi.org/10.7185/geochemlet.1912Журавлев А.В. (2022) Численное моделирование первичной биопродуктивности пелагических экосистем палеозоя. Вестн. геонаук, (8), 37-42. https://doi.org/10.19110/geov.2022.8.4Biakov A.S. (2015) Biogeography of the Permian Marine Boreal Basins Based on Bivalves. Paleontol. J., 49(11), 1184-1192.Журавлев А.В. (2023) Изотопный состав углерода раннефаменских конодонтов и карбонатов ижемской свиты (Южный Тиман). Нефтегазовая геология. Теория и практика, 18(3). https://doi.org/10.17353/2070-5379/35_2023Briggs D.E.G., Clarkson E.N.K., Aldridge R. (1983) The conodont animal. Lethaia, 16, 1-14.Котляр Г.В., Коссовая О.Л., Журавлев А.В. (2004) Межрегиональная корреляция основных событийных рубежей пермской системы. Тихоокеан. геол., 23(4), 25-42.Caut S., Angulo E., Courchamp, F. (2009) Variation in discrimination factors (Δ15N and Δ13C): The effect of diet isotopic values and applications for diet reconstruction. J. Applied Ecology, 46(2), 443-453. https://doi.org/10.1111/j.1365-2664.2009.01620.xКотляр Г.В., Шишлов С.Б., Журавлев А.В., Коссовая О.Л. (2007) Разрезы казанского яруса бассейна р. Немды (Волго-Вятский район). Верхний палеозой России: стратиграфия и палеогеография. Матлы Всерос. конф. Казань: КГУ, 162-170.Chernykh V.V., Silantiev V.V. (2004) Conodonts of the Kazanian Stage of the Middle Volga region and the problem of substantiation of the upper boundary of the Zapadnouralian Series of the Permian. Structure and status of the East European stratigraphic scale of the Permian system, improvement of the stage division of the upper section of the Permian system of the General stratigraphic scale. Reports of the All-Russian conference. Kazan’, KGU, 83-86. (In Russ.)Кулешов В.Н., Седаева К.М. (2009) Геохимия изотопов (δ13C, δ18O) и условия образования верхнеказанских карбонатных отложений Волго-Вятского междуречья. Литология и полез. ископаемые, (5), 508-526.Du Y., Onoue T., Tomimatsu Y., Wu Q., Rigo M. (2023) Lower Jurassic conodonts from the Inuyama area of Japan: Implications for conodont extinction. Front. Ecol. Evol., 11, 1135789. https://doi.org/10.3389/fevo.2023.1135789Черных В.В., Силантьев В.В. (2004) Конодонты казанского яруса среднего Поволжья и проблема обоснования верхней границы западноуральского отдела перми. Структура и статус Восточно-Европейской стратиграфической шкалы пермской системы, усовершенствование ярусного расчленения верхнего отдела пермской системы Общей стратиграфической шкалы. Доклады всероссийского совещания. Казань: КГУ, 83-86.Foster G., Royer D., Lunt D. (2017) Future climate forcing potentially without precedent in the last 420 million years. Nature Communications, 8, 14845. https://doi.org/10.1038/ncomms14845Balter V., Martin J.E., Tacail T., Suan G., Renaud S., Girard C. (2019) Calcium stable isotopes place Devonian conodonts as first level consumers. Geochem. Perspectives. Lett., 10, 36-39. https://doi.org/10.7185/geochemlet.1912Joachimski M.M., Buggisch W. (2002) Conodont apatite δ18O signatures indicate climate cooling as a trigger of the Late Devonian mass extinction. Geology, 30(8), 711-714.Biakov A.S. (2015) Biogeography of the Permian Marine Boreal Basins Based on Bivalves. Paleontol. J., 49(11), 1184-1192.King A.L., Jenkins B.D., Wallace J.R., Liu Y., Wikfors G.H., Milke L.M., Meseck S.L. (2015) Effects of CO2 on growth rate, C:N:P, and fatty acid composition of seven marine phytoplankton species. Mar. Ecol. Prog. Ser., 537, 59-69. https://doi.org/10.3354/meps11458Briggs D.E.G., Clarkson E.N.K., Aldridge R. (1983) The conodont animal. Lethaia, 16, 1-14.Kotlyar G.V., Kossovaya O.L., Zhuravlev A.V. (2004) Interregional correlation of the main event boundaries in the Permian system. Tikhookean. Geolog., 23(4), 25-42. (In Russ.)Caut S., Angulo E., Courchamp F. (2009) Variation in discrimination factors (Δ15N and Δ13C): The effect of diet isotopic values and applications for diet reconstruction. J. Applied Ecology, 46(2), 443-453. https://doi.org/10.1111/j.1365-2664.2009.01620.xKotlyar G.V., Shishlov S.B., Zhuravlev A.V., Kossovaya O.L. (2007). Sections of the Kazanian Stage in the Nemda River basin (Volga-Vyatka region). Upper Paleozoic of Russia: Stratigraphy and paleogeography. Proc. of the All-Russian Conf. Kazan’, KGU, 162-170. (In Russ.)Du Y., Onoue T., Tomimatsu Y., Wu Q., Rigo M. (2023) Lower Jurassic conodonts from the Inuyama area of Japan: Implications for conodont extinction. Front. Ecol. Evol., 11, 1135789. https://doi.org/10.3389/fevo.2023.1135789Kuleshov V.N., Sedaeva K.M. (2009) Geochemistry of isotopes (δ13C and δ18O) and depositional environment of the upper Kazanian carbonate sediments in the Volga-Vyatka interfluve. Lithol. Miner. Resour., (44), 465-481 (translated from Litologiya i Polez. Iskopaemye, (5), 508-526). https://doi.org/10.1134/S0024490209050058Foster G., Royer D., Lunt D. (2017) Future climate forcing potentially without precedent in the last 420 million years. Nature Communications, 8, 14845. https://doi.org/10.1038/ncomms14845Kürschner W., Becker R.T., Buhl D., Veizer J. (1992) Strontium isotopes in conodonts: Devonian–Carboniferous transition, the northern Rhenish Slate Mountains, Germany. Ann. Soc. géol. Belg., 115(2), 595-621.Joachimski M.M., Buggisch W. (2002) Conodont apatite δ18O signatures indicate climate cooling as a trigger of the Late Devonian mass extinction. Geology, 30(8), 711-714.Luz B., Kolodny Y., Kovach J. (1984) Oxygen isotope variations in phosphate of biogenic apatites, III. Conodonts. Earth Planet. Sci. Lett., 69(2), 255-262. https://doi.org/10.1016/0012-821X(84)90185-7King A.L., Jenkins B.D., Wallace J.R., Liu Y., Wikfors G.H., Milke L.M., Meseck S.L. (2015) Effects of CO2 on growth rate, C:N:P, and fatty acid composition of seven marine phytoplankton species. Mar. Ecol. Prog. Ser., 537, 59-69. https://doi.org/10.3354/meps11458Nicholas C., Murray J., Goodhue R., Ditchfield P. (2004) Nitrogen and carbon isotopes in conodonts: Evidence of trophic levels and nutrient flux in Palaeozoic oceans. The Palaeontological Association 48th Annual Meeting, 17th–20th December 2004, University of Lille, Abstracts, 126-127.Kürschner W., Becker R.T., Buhl D., Veizer J. (1992) Strontium isotopes in conodonts: Devonian–Carboniferous transition, the northern Rhenish Slate Mountains, Germany. Ann. Soc. géol. Belg., 115(2), 595-621.Nurgalieva N.G., Silantiev V.V., Fakhrutdinov E.I., Gareev B.I., Batalin G.A. (2016) The lower Kazanian rocks as shallow marine facies (South-Eastern Tatarstan) on geochemistry data. ARPN J. Eng. Appl. Sci., 11(23), 13462-13471.Luz B., Kolodny Y., Kovach J. (1984) Oxygen isotope variations in phosphate of biogenic apatites, III. Conodonts. Earth Planet. Sci. Lett., 69(2), 255-262. https://doi.org/10.1016/0012-821X(84)90185-7Over D.J., Grossman E.L. (1992) Carbon isotope analysis of conodont organic material – procedure and preliminary results. Geol. Soc. Amer., Abstracts with Programs, (24), A214.Nicholas C., Murray J., Goodhue R., Ditchfield P. (2004) Nitrogen and carbon isotopes in conodonts: Evidence of trophic levels and nutrient flux in Palaeozoic oceans. The Palaeontological Association 48th Annual Meeting, 17th–20th December 2004, University of Lille, Abstracts, 126-127.Popp B.N., Hanson K.L., Dore J.E., Bidigare R.R., Laws E.A., Wakeham S.G. (1999) Controls on the Carbon Isotopic Composition of Phytoplankton. Reconstructing Ocean History (Ed. by F. Abrantes, A.C. Mix). Boston, MA, Springer, 381-398. https://doi.org/10.1007/978-1-4615-4197-4_21Nurgalieva N.G., Silantiev V.V., Fakhrutdinov E.I., Gareev B.I., Batalin G.A. (2016) The lower Kazanian rocks as shallow marine facies (South-Eastern Tatarstan) on geochemistry data. ARPN J. Eng. Appl. Sci., 11(23), 13462-13471.Roche R.C., Heenan A., Taylor B.M., Schwarz J.N., Fox M.D., Southworth L.K., Williams G.J., Turner J.R. (2022) Linking variation in planktonic primary production to coral reef fish growth and condition. Royal Soc. Open Sci., 9(8), 201012. https://doi.org/10.1098/rsos.201012Over D.J., Grossman E.L. (1992) Carbon isotope analysis of conodont organic material – procedure and preliminary results. Geol. Soc. Amer., Abstracts with Programs, (24), A214.Scotese C.R. (2016) PALEOMAP PaleoAtlas for GPlates and the PaleoDataPlotter program. Geol. Soc. Amer., Abstracts with Programs, 48(5), 24-11. https://doi.org/10.1130/abs/2016NC-275387Popp B.N., Hanson K.L., Dore J.E., Bidigare R.R., Laws E.A., Wakeham S.G. (1999) Controls on the Carbon Isotopic Composition of Phytoplankton. Reconstructing Ocean History (Ed. by F. Abrantes, A.C. Mix). Boston, MA: Springer, 381-398. https://doi.org/10.1007/978-1-4615-4197-4_21Terrill D.F., Jarochowska E., Henderson C.M., Shirley B., Bremer O. (2022) Sr/Ca and Ba/Ca ratios support trophic partitioning within a Silurian conodont community from Gotland, Sweden. Paleobiology, 48(4), 601-621. https://doi.org/10.1017/pab.2022.9Roche R.C., Heenan A., Taylor B.M., Schwarz J.N., Fox M.D., Southworth L.K., Williams G.J., Turner J.R. (2022) Linking variation in planktonic primary production to coral reef fish growth and condition. Royal Soc. Open Sci., 9(8), 201012. https://doi.org/10.1098/rsos.201012Wei H., Geng Z., Zhang X, (2020) Guadalupian (Middle Permian) δ13Corg changes in the Lower Yangtze, South China. Acta Geochim., 39, 988-1001. https://doi.org/10.1007/s11631-020-00417-3Scotese C.R. (2016) PALEOMAP PaleoAtlas for GPlates and the PaleoDataPlotter program. Geol. Soc. Amer., Abstracts with Programs, 48(5), 24-11. https://doi.org/10.1130/abs/2016NC-275387Zhuravlev A.V. (2005) Conodont associations of the Nemda Formation (Kazanian Stage, Volga-Vyatka region). Region. Geologiya i Metallogeniya, (23), 69-73. (In Russ.)Terrill D.F., Jarochowska E., Henderson C.M., Shirley B., Bremer O. (2022) Sr/Ca and Ba/Ca ratios support trophic partitioning within a Silurian conodont community from Gotland, Sweden. Paleobiology, 48(4), 601-621. https://doi.org/10.1017/pab.2022.9Zhuravlev A.V. (2020) Trophic position of some Late Devonian-Carboniferous (Mississippian) conodonts revealed on carbon organic matter isotope signatures: A case study of the East European basin. Geodiversitas, 42(24), 443-453. https://doi.org/10.5252/geodiversitas2020v42a24Wei H., Geng Z., Zhang X, (2020) Guadalupian (Middle Permian) δ13Corg changes in the Lower Yangtze, South China. Acta Geochim., 39, 988-1001. https://doi.org/10.1007/s11631-020-00417-3Zhuravlev A.V. (2022) Numerical modelling of primary bioproductivity of the Palaeozoic pelagic ecosystems. Vestn. geonauk, (8), 37-42. https://doi.org/10.19110/geov.2022.8.4 (In Russ.)Zhuravlev A.V. (2020) Trophic position of some Late Devonian-Carboniferous (Mississippian) conodonts revealed on carbon organic matter isotope signatures: A case study of the East European basin. Geodiversitas, 42(24), 443-453. https://doi.org/10.5252/geodiversitas2020v42a24Zhuravlev A.V. (2023) Carbon isotope study of conodont elements: Applications and limitations. Marine Micropaleontology, 178, 102200. https://doi.org/10.1016/j.marmicro.2022.102200Zhuravlev A.V. (2023) Carbon isotope study of conodont elements: Applications and limitations. Marine Micropaleontology, 178, 102200. https://doi.org/10.1016/j.marmicro.2022.102200Zhuravlev A.V. (2023) Carbon isotopic composition of the Early Famennian conodonts and host carbonates of the Izma Formation (South Timan). Neftegazovaya Geologiya. Teoriya i Praktika, 18(3), https://doi.org/10.17353/2070-5379/35_2023 (In Russ.)Zhuravlev A.V., Kotlyar G.V., Shishlov S.B. (2006) Paleobiogeographical and biostratigraphical analysis of the Kazanian (Middle Permian) conodonts of the east Russian Platform – preliminary results. Permophiles. (48), 15-20.Zhuravlev A.V., Kotlyar G.V., Shishlov S.B. (2006) Paleobiogeographical and biostratigraphical analysis of the Kazanian (Middle Permian) conodonts of the east Russian Platform – preliminary results. Permophiles. (48), 15-20.Zhuravlev A.V., Erofeevsky A.V., Gruzdev D.A., Plotitsyn A.N. (2023) Carbon and oxygen isotopic composition of the lower part of the Tchaika Reef (Moscovian, NW Pai-Khoi).Kazan Golovkinsky Meeting, 47. http://doi.org/10.13140/RG.2.2.20618.03529.Zhuravlev A.V., Erofeevsky A.V., Gruzdev D.A., Plotitsyn A.N. (2023) Carbon and oxygen isotopic composition of the lower part of the Tchaika Reef (Moscovian, NW Pai-Khoi). Kazan Golovkinsky Meeting, 47. http://doi.org/10.13140/RG.2.2.20618.03529.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.