Variations of Th/U values in Vendian clayey rocks of north-east East-European Platform and Middle and Southern Urals as reflection redox status of sedimentary basins

Earlier, we considered the features of the redox changes in the near-bottom layer of water in the sedimentation basins that existed during the Late Riphean and Vendian in the eastern and northeastern (in modern coordinates) margins of the Baltic. It is concluded that fairly pronounced variations in the values of a number of redox environment indicators in the Upper Riphean deposits suggested that accumulation of sediments in some regions occurred in dysoksis or close to anoxic conditions. Opposite in the Vendian oxidation conditions predominated in the near-bottom waters. In the present publication, these representations are verified by data on variations in Vendian clay rocks of the of the Th/U values. Analytic data obtained by ICP-MS in IGG UB RAS (Ekaterinburg) were used to analyze the features of the change in this parameter. A total of ≈380 samples of shales and mudstones were analyzed. The average Th content in these samples is 12.0 ± 5.4 ppm, in average post-Achaean Australian shale (PAAS) and upper continental crust (UCC) are 14.6 and 10.5 ppm, respectively. For U, the same parameters are 2.1 ± 1.1, 3.1 and 2.7 ppm. The value of Th/U_av for the Vendian shales of the east, northeast and north of the East European platform is equal to 5.8 ± 2.0 (in PAAS and UCC - 4.7 and 3.9 respectively). In the clay rocks of the Vendian of the Southeast White Sea, Th/U_av varies from below upward along the cross section from 5.8 ± 3.4 to 6.9 ± 2.3 without any definite regularity. The Vendian shales and mudstone of the southern part of the Vychegda trough have the Th/U_av value from 3.5 ± 1.1 to ≈5.0 ± 1.7. Dark-colored low carbonaceous shales of the Buton Formation of the Lower Vendian Serebryanka Group (the Middle Urals), which we considered earlier as deposits formed in a basin with distinctly oxygen-free sedimentation conditions, have the Th/U_av 5.9 ± 1.2, and, most likely, do not refer to sediments of stagnant environments. The new data on the distribution of Th/U values in the clayey rocks of the Valdai, Serebryanka, Sylvitsa, Asha, Kairovo and Shkapovo groups correspond to the idea of the accumulation of these sedimentary formations under conditions of dominance of oxidation environments in very shallow sedimentary basins, some of which may not were actually marine. They emphasize the complex/non-linear nature of oxygenation of the ocean, which began at the end of the Late Riphean and continued in the Vendian, with the inversion of “oxygen environments” in some large sedimentary basins or parts of them in the Early Vendian, to the Vendian and Cambrian boundary, and actually in the Cambrian. Obviously, not only global, but also local factors had a significant impact on this process.

редокс-статус осадочных бассейнов, венд, восток, северо-восток и север Восточно-Евро-пейской платформы, отношение Th/U, redox status of sedimentary basins, Vendian, east, northeast and north periphery of the East European platform, Th/U ratio

1. Аблизин Б.Д., Клюжина М.Л., Курбацкая Ф.А., Курбацкий А.М. (1982) Верхний рифей и венд западного склона Среднего Урала. М.: Наука, 140 с.

2. Аксенов Е.М. (1985) Венд Восточно-Европейской платформы. Вендская система. Историко-геологическое и палеонтологическое обоснование. Т. 2. Стратиграфия и геологические процессы (Отв. ред. Б.С. Соколов, М.А. Федонкин). М.: Наука, 3-34.

3. Аксенов Е.М. (1998) История геологического развития Восточно-Европейской платформы в позднем протерозое. Дис.. докт. геол.-мин. наук в форме науч. докл. СПб.: ИГГД РАН, 106 с.

4. Аксенов Е.М., Морозов С.Г., Солонцов Л.Ф., Казак А.П. (1983) Верхний докембрий Волго-Уральской области. Стратотип рифея. Стратиграфия. Геохронология (Отв. ред. Б.М. Келлер, Н.М. Чумаков). М.: Наука, 107-124.

5. Беккер Ю.Р. (1968) Позднедокембрийская моласса Южного Урала. Л.: Недра, 160 с.

6. Беккер Ю.Р. (1988) Молассы докембрия. Л.: Недра, 288 с.

7. Бочкарев В.В., Язева Р.Г. (2000) Субщелочной магматизм Урала. Екатеринбург: УрО РАН, 256 с.

8. Глубинное строение и геодинамика Южного Урала (проект Уралсейс). (2001) (Отв. ред. А.Ф. Морозов). Тверь: Изд-во ГЕРС, 286 с.

9. Голубкова Е.Ю., Зайцева Т.С., Кузнецов А.Б., Довжикова Е.Г., Маслов А.В. (2015) Микрофоссилии и Rb-Sr возраст глауконитов в опорном разрезе верхнего протерозоя северо-востока Русской плиты (скв. Кельтменская-1). Докл. АН, 462(4), 444-448.

10. Гражданкин Д.В. (2003) Строение и условия осадконакопления вендского комплекса в Юго-Восточном Беломорье. Стратиграфия. Геол. корреляция, 11(4), 3-34.

11. Гражданкин Д.В., Маслов А.В. (2015) Место венда в международной стратиграфической шкале. Геология и геофизика, 56(4), 703-717.

12. Гражданкин Д.В., Маслов А.В., Крупенин М.Т. (2009) Строение и этапы формирования вендских отложений сылвицкой серии западного склона Среднего Урала. Стратиграфия. Геол. корреляция, 17(5), 20-40.

13. 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.

14. Ибламинов Р.Г., Лебедев Г.В. (2001) Магматические ассоциации и формации западного склона Среднего и Северного Урала. Вестн. Перм. гос. ун-та. Геология, (3), 13-44.

15. Ибламинов Р.Г., Лебедев Г.В. (2006) Вулканические комплексы магматических формаций западного склона Среднего и Северного Урала. Литосфера, (1), 76-90.

16. Карпухина Е.В., Первов В.А., Журавлев Д.З. (2001) Петрология щелочного вулканизма - индикатора поздневендского рифтогенеза, западный склон Урала. Петрология, 9(5), 480-503.

17. Карта докембрийских формаций Русской платформы и ее складчатого обрамления (со снятыми фанерозойскими отложениями). (1983) Масштаб : 2 500 000. Объяснительная записка (Отв. ред. Ю.Р. Беккер). Л.: ВСЕГЕИ, 172 с.

18. Келлер Б.М. (1963) Общие вопросы строения верхнего докембрия. Палеогеография и геологическая история. Стратиграфия СССР. Верхний докембрий (Отв. ред. Б.М. Келлер). М.: Госнаучтехиздат, 615-631.

19. Козлов В.И., Сергеева Н.Д., Генина Л.А., Михайлов П.Н. (2004) Аналоги отложений нижнего венда на западе Башкортостана. Геологический сборник. № 4. Уфа: ИГ УНЦ РАН, 71-76.

20. Курбацкая Ф.А. (2004) Поздневендская флишоидно-молассоидная формация Западного Урала. Вестн. Перм. гос. ун-та. Геология, (3), 9-12.

21. Лозин Е.В., Хасанов В.Х. (1991) Сейсмогеологические данные о глубинном строении края платформы и Южного Урала. Геология, геофизика и полезные ископаемые Южного Урала и Приуралья. Уфа: БНЦ УрО АН СССР, 48-58.

22. Маслов А.В. (2012) Литогеохимия терригенных пород верхнего докембрия Волго-Уральской области. Екатеринбург: РИО УрО РАН, 248 с.

23. Маслов А.В. (2014) Литогеохимический облик отложений ашинской серии венда западного склона Южного Урала. Литосфера, (1), 13-32.

24. Маслов А.В., Гражданкин Д.В., Подковыров В.Н., Крупенин М.Т. (2013) Особенности изменения ряда литогеохимических характеристик тонкозернистых обломочных пород позднего венда Мезенского палеобассейна. Литосфера, (3), 25-42.

25. Маслов А.В., Ишерская М.В., Ронкин Ю.Л., Крупенин М.Т., Горбунова Н.П., Гуляева Т.Я., Лепихина О.П., Попова О.Ю., Ятлук Г.М. (2006а) Условия формирования вендских отложений Шкаповско-Шиханской впадины по данным изучения литогеохимических особенностей аргиллитов. Литология и полез. ископаемые, (3), 279-300.

26. Маслов А.В., Крупенин М.Т., Гареев Э.З., Петров Г.А. (2003) К оценке редокс-обстановок рифейских и вендских бассейнов осадконакопления западного склона Урала. Литосфера, (2), 75-93.

27. Маслов А.В., Крупенин М.Т., Киселева Д.В. (2011) Литогеохимия тонкозернистых алюмосиликокластических пород серебрянской серии венда Среднего Урала. Геохимия, (10), 1032-1062.

28. Маслов А.В., Крупенин М.Т., Ронкин Ю.Л., Гареев Э.З., Лепихина О.П., Попова О.Ю. (2004) Тонкозернистые алюмосиликокластические образования стратотипического разреза среднего рифея на Южном Урале: особенности формирования, состав и эволюция источников сноса. Литология и полез. ископаемые, (4), 414-441.

29. Маслов А.В., Подковыров В.Н. (2015) Редокс-обстановки придонных вод неопротерозойских бассейнов востока и северо-востока Восточно-Европейской платформы. Литосфера, (5), 30-42.

30. Маслов А.В., Подковыров В.Н., Гражданкин Д.В. (2006б) Палеоклиматические реконструкции для позднего венда: скв. 1000 Тучкино Беломорско-Кулойского плато. Геология, полезные ископаемые и проблемы геоэкологии Башкортостана. Мат-лы VI межрегион. науч.-практ. конф. Уфа: ИГ УНЦ РАН, 91-93.

31. Петров Г.А. (2013) Проявление тектонической обстановки скольжения плит в фанерозойской истории Среднего Урала: постановка проблем и некоторые направления исследования. Ежегодник-2012. Тр. ИГГ УрО РАН. Вып. 160. Екатеринбург, 56-61.

32. Петров Г.А., Маслов А.В., Ронкин Ю.Л. (2005) Допалеозойское магматические комплексы Кваркушско-Каменногорского антиклинория (Средний Урал): новые данные по геохимии и геодинамике. Литосфера, (4), 42-69.

33. Подковыров В.Н., Гражданкин Д.В., Маслов А.В. (2011) Литогеохимия тонкозернистых обломочных пород венда южной части Вычегодского прогиба. Литология и полез. ископаемые, (5), 484-504.

34. Пучков В.Н. (2000) Палеогеодинамика Южного и Среднего Урала. Уфа: Даурия, 146 с.

35. Семихатов М.А., Кузнецов А.Б., Чумаков Н.М. (2015) Изотопный возраст границ общих стратиграфических подразделений верхнего протерозоя (рифея и венда) России: эволюция взглядов и современная оценка. Стратиграфия. Геол. корреляция, 23(6), 16-27.

36. Сергеева Н.Д., Пучков В.Н. (2015) Стратиграфическая схема рифея и венда Волго-Уральской области (изменения и дополнения). Геологический сборник ИГ УНЦ РАН. № 12. Информационные материалы. СПб.: Свое издательство, 3-22.

37. Соколов Б.С. (1997) Очерки становления венда. М.: KMK Лтд, 156 с.

38. Стратиграфическая схема рифейских и вендских отложений Волго-Уральской области. Объяснительная записка. (2000) (Отв. ред. Е.М. Аксенов, В.И. Козлов). Уфа: ИГ УНЦ РАН, 81 с.

39. Стратиграфические схемы Урала (докембрий, палеозой). (1993) Екатеринбург: Роскомнедра; ИГГ УрО РАН, 172 л.

40. Стратотип рифея. Стратиграфия. Геохронология. (1983) (Отв. ред. Б.М. Келлер, Н.М. Чумаков). М.: Наука, 184 с.

41. Тейлор С.Р., МакЛеннан C.М. (1988) Континентальная кора, ее состав и эволюция. М.: Мир, 384 с.

42. Чумаков Н.М. (2015) Оледенения Земли: история, стратиграфическое значение и роль в биосфере. М.: ГЕОС, 160 с.

43. Adams J.A., Weaver C.E. (1958) Thorium-to-uranium ratios as indicators of sedimentary processes: example of concept of geochemical facies. AAPG. Bull., 42(2), 387-430.

44. Anderson R.F., Fleisher M.Q., LeHuray A.P. (1989) Concentration, oxidation-state, and particulate flux of uranium in the Black-Sea. Geochim. Cosmochim. Acta, 53, 2215-2224.

45. Berzin R., Oncken О., Knapp J.H., Perez-Estaun A., Hismatulin T., Yunusov N., Lipilin A. (1996) Orogenic evolution of the Ural Mountains: results from an integrated seismic experiment. Science, 274, 220-221.

46. Brennecka G.A., Herrmann A.D., Algeo T.J., Anbar A.D. (2011) Rapid expansion of oceanic anoxia immediately before the end-Permian mass extinction. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 108(43), 17631-17634.

47. Brongersma-Sanders M., Stephan K.M., Kwee T.G., de Bruin M. (1980) Distribution of minor elements in cores from the Southwest Africa shelf with notes on plankton and fish mortality. Mar. Geol., 37, 91-132.

48. Brumsack H.-J. (2006) The trace metal content of recent organic carbon-rich sediments: Implications for Cretaceous black shale formation. Palaeogeogr. Palaeoclimat. Pa-laeoecol., 232, 344-361.

49. Canfield D.E. (2005) The early history of atmospheric oxygen: homage to R.M. Garrels. Annu. Rev. Earth Planet. Sci., 33, 1-36.

50. Canfield D.E., Poulton S.W., Narbonne G.M. (2007) Late-Neoproterozoic deep-ocean oxygenation and the rise of animal life. Science, 315, 92-95.

51. Echtler H.P., Stiller M., Steinhoff F., Krawczyk C., Suleimanov A., Spiridonov V., Knapp J.H., Menshikov Y., Alvarez-Marrуn J., Yunusov N. (1996) Preserved collisional crustal structure of the Southern Urals revealed by vibroseis profiling. Science, 274, 224-226.

52. Fan H., Zhu X., Wen H., Yan B., Li J., Feng L. (2014) Oxygenation of Ediacaran Ocean recorded by iron isotopes. Geochim. Cosmochim. Acta, 140, 80-94.

53. Fike D.A., Grotzinger J.P., Pratt L.M., Summons R.E. (2006) Oxidation of the Ediacaran Ocean. Nature, 444, 744-747.

54. Grazhdankin D. (2004) Late Neoproterozoic sedimentation in the Timan foreland. The Neoproterozoic Timanide Orogen of Eastern Baltica. Ed. by D.G. Gee, V.L. Pease. Geol. Soc. London. Mem., 30, 37-46.

55. Johnston D.T., Poulton S.W., Goldberg T., Sergeev V.N., Podkovyrov V.N., Vorob’eva N.G., Bekker A., Knoll A.H. (2012) Late Ediacaran redox stability and metazoan evolution. Earth Planet. Sci. Lett., 335-336, 25-35.

56. Jones B., Manning D.A. (1994) Comparison of geochemical indices used for the interpretation of palaeoredox conditions in ancient mudstones. Chem. Geol., 111(1), 111-129.

57. Li C., Love G.D., Lyons T.W., Fike D.A., Sessions A.L., Chu X. (2010) A stratified redox model for the Ediacaran Ocean. Science, 328, 80-83.

58. Lyons T.W., Reinhard C.T., Planavsky N.J. (2014) The rise of oxygen in Earth’s early ocean and atmosphere. Nature, 506, 307-315.

59. McFadden K.A., Huang J., Chu X., Jiang G., Kaufman A.J., Zhou C., Yuan X., Xiao S. (2008) Pulsed oxygenation and biological evolution in the Ediacaran Doushantuo Formation. Proc. Nat. Acad. Sci., 105, 3197-3202.

60. McManus J., Berelson W., Severmann S., Poulson R., Hammond D., Klinkhammer G., Holm C. (2006) Molybdenum and uranium geochemistry in continental margin sediments: paleoproxy potential. Geochim. Cosmochim. Acta, 70(18), 4643-4662.

61. Morford J.L., Emerson S. (1999) The geochemistry of redox sensitive trace metals in sediments. Geochim. Cosmochim. Acta, 63, 1735-1750.

62. Neoproterozoic Timanide Orogen of Eastern Baltica. (2004) (Ed. by D.G. Gee, V. Pease). Geol. Soc. London. Mem., 30, 248 p.

63. Partin C.A., Bekker A., Planavsky N.J., Scott C.T., Gill B.C., Li C., Podkovyrov V., Maslov A., Konhauser K.O., Lalonde S.V., Love G.D., Poulton S.W., Lyons T.W. (2013) Large-scale fluctuations in Precambrian atmospheric and oceanic oxygen levels from the record of U in shales. Earth Planet. Sci. Lett., 369, 284-293.

64. Planavsky N.J., Tarhan L.G., Bellefroid E.J., Evans D.A.D., Reinhard C.T., Love G.D., Lyons T.W. (2015) Late proterozoic transitions in climate, oxygen, and tectonics, and the rise of complex life. Earth-Life Transitions: Paleobiology in the Context of Earth System Evolution. Eds. by P.D. Polly, J.J. Head, D.L. Fox. Paleontological Society Papers, 21. 1-36.

65. Racka M., Marynowski L., Filipiak P., Sobstel M., Pisarzowska A., Bond D.P.G. (2010) Anoxic Annulata Events in the Late Famennian of the Holy Cross Mountains (Southern Poland): Geochemical and palaeontological record. Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol., 297, 549-575.

66. Rudnick R.L., Gao S. (2003) Composition of the Continental Crust. Treatise Geochem., 3, 1-64.

67. Sahoo S.K., Planavsky N.J., Kendall B., Wang X., Shi X., Scott C., Anbar A.D., Lyons T.W., Jiang G. (2012) Ocean oxygenation in the wake of the Marinoan glaciation. Nature, 489, 546-549.

68. Shields-Zhou G., Och L. (2011) The case for a Neoproterozoic oxygenation event: geochemical evidence and biological consequences. GSA Today, 21, 4-11.

69. Thomson D., Rainbird R.H., Dix G. (2014) Architecture of a Neoproterozoic intracratonic carbonate ramp succession: Wynniatt Formation, Amundsen Basin, Arctic Canada. Sed. Geol., 299, 119-138.

70. Torsvik T.H., Cocks L.R.M. (2005) Norway in space and time: A Centennial cavalcade. Norw. J. Geol., 85, 73-86.

71. Yu B., Dong H., Widom E., Chen J., Lin C. (2009) Geochemistry of basal Cambrian black shales and cherts from the Northern Tarim Basin, Northwest China: Implications for depositional setting and tectonic history. J. Asian Earth Sci., 34, 418-436.

72. Zhang F., Zhu X., Yan B., Kendall B., Peng X., Li J., Algeo T.J., Romaniello S. (2015) Oxygenation of a Cryogenian ocean (Nanhua Basin, South China) revealed by pyrite Fe isotope compositions. Earth Planet. Sci. Lett., 429, 11-19.

73. Zhou C., Jiang S.-Y. (2009) Palaeoceanographic redox environments for the lower Cambrian Hetang Formation in South China: Evidence from pyrite framboids, redox sensitive trace elements, and sponge biota occurrence. Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol., 271, 279-286.