Венд Среднего Урала: палеоклиматические реконструкции на основе химических индексов изменения состава пород

Объект исследования. Глинистые породы серебрянской и сылвицкой серий венда западного склона Среднего Урала.

Материал и методы. Материалом для исследований явились данные о содержании основных породообразующих оксидов в глинистых породах (аргиллиты, глинистые сланцы, мелкозернистые глинистые алевролиты, всего около 180 образцов) с величинами потерь при прокаливании менее 6 мас. %. Указанные сведения получены в начале 2000-х гг. рентгенофлуоресцентным методом в ИГГ УрО РАН. По ним рассчитаны средние, минимальные и максимальные значения различных индексов выветривания. Отбор образцов выполнен из естественных обнажений в бассейнах рек Чусовая, Серебрянка, Сылвица, Межевая Утка, Усьва и Койва.

Результаты. Установлено, что осадочные последовательности серебрянской и сылвицкой серий, в которых диамиктиты присутствуют на нескольких уровнях, не обладают заметной контрастностью значений различных химических индексов изменения пород на палеоводоборах. Так, например, с учетом величин стандартных отклонений (±1σ) значения коэффициента Ракстона для всех девяти свит венда являются статистически сопоставимыми. Это же свойственно средним для глинистых пород разных свит значениям СIA, CIW, PIA, ICV и MIA(o). Вариации средних величин СРА показывают, что с учетом ±1σ только породы старопечнинской, гаревской и перевалокской свит можно считать статистически различающимися. С учетом ±1σ глинистые породы бутонской свиты по среднему значению Mg-индекса значимо отличаются от тонкозернистых обломочных пород гаревской и керносской свит. Глинистые породы танинской и керносской свит обладают слабой или умеренной положительной корреляцией между отношением TiO₂/Al₂O₃ и индексами Ракстона, PIA, ICV и гидролизатным модулем. Это предполагает зависимость перечисленных индикаторов интенсивности выветривания от состава пород на палеоводосборах.

Выводы. Полученные сведения позволяют считать, что при осреднении на уровне свит (даже если в составе свит достаточно много несомненно гляц иогенных образований) мы, по-видимому, не фиксируем специфический вклад последних и в итоге получаем в существенной степени иную картину, чем для других неопротерозойских отложений, включающих в себя диамиктиты, ленточные глины и интервалы с дропстоунами.

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. Бортников Н.С., Савко А.Д., Новиков В.М., Боева Н.М., Соболева С.В., Жегалло Е.А., Дмитриев Д.И., Крайнов А.В., Жухлистов А.П., Бушуева Е.Б. (2016) Латненское месторождение огнеупорных глин (Центральная Россия). Литология и полез. ископаемые, (6), 487-500.

3. Вендская система. Историко-геологическое и палеонтологическое обоснование. (1985) Т. 2. Стратиграфия и геологические процессы. М.: Наука, 238 с.

4. Географический атлас России. (1997) М.: Картография, 164 с.

5. Гражданкин Д.В., Марусин В.В., Меерт Дж., Крупенин М.Т., Маслов А.В. (2011) Котлинский горизонт на Южном Урале. Докл. АН, 440(2), 201-206.

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

7. 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.

8. Кузнецов В.Г. (2011) Литология. Основы общей (теоретической) литологии. М.: Науч. мир, 360 с.

9. Кузнецов Н.Б., Белоусова Е.А., Крупенин М.Т., Романюк Т.В., Маслов А.В. (2017) Результаты геохронологического и изотопно-геохимического изучения циркона из туфов сылвицкой серии (западный склон Среднего Урала): к происхождению пепловых прослоев в вендских толщах Восточно-Европейской платформы. Докл. АН, 473(3), 341-345.

10. Маслов А.В. (2010а) Гляциогенные и связанные с ними осадочные образования: основные литохимические особенности. Сообщение 1. Поздний архей, протерозой. Литология и полез. ископаемые, (4), 423-445.

11. Маслов А.В. (2010б) Гляциогенные и связанные с ними осадочные образования: основные литохимические особенности. Сообщение 2. Палеозой, кайнозой. Литология и полез. ископаемые, (5), 496-518.

12. Маслов А.В. (2011) Вендские осадочные последовательности и индикаторы палеоклимата: новые данные. Проблемы минералогии, петрографии и металлогении. Мат-лы науч. чтений памяти П.Н. Чирвинского. Вып. 14. Пермь: Изд-во Пермского ун-та, 93-99.

13. Маслов А.В. (2014) К реконструкции палеоклиматических обстановок формирования отложений крутихинской подсвиты чернокаменской свиты (Средний Урал). Тр. ИГГ УрО РАН. Вып. 161, 70-71.

14. Маслов А.В. (2020) Категории водосборов-источников тонкой алюмосиликокластики для отложений серебрянской и сылвицкой серий венда (Средний Урал). Литосфера, 20(6), 751-770.

15. Маслов А.В., Крупенин М.Т., Гареев Э.З. (2003) Литологические, литохимические и геохимические индикаторы палеоклимата (на примере рифея Южного Урала). Литология и полез. ископаемые, (5), 427-446.

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

17. Маслов А.В., Меерт Дж., Левашова Н.М., Ронкин Ю.Л., Гражданкин Д.В., Кузнецов Н.Б., Крупенин М.Т., Федорова Н.М., Ипатьева И.С. (2013а) Новые данные о возрасте ледниковых отложений венда Среднего Урала. Докл. АН, 449(3), 322-327.

18. Маслов А.В., Подковыров В.Н. (2018) Редокс-статус океана 2500–500 млн лет назад: современные представления. Литология и полез. ископаемые, (3), 207230.

19. Маслов А.В., Подковыров В.Н., Гражданкин Д.В., Федоров Ю.Н., Гареев Э.З. (2013б) Некоторые литогеохимические особенности тонкозернистых обломочных пород складчатой и нескладчатой молассы венда (западная мегазона Южного и Среднего Урала, восток и северо-восток Русской платформы). Литосфера, (1), 17-35.

20. Ронкин Ю.Л., Гражданкин Д.В., Маслов А.В., Мизенс Г.А., Матуков Д.И., Крупенин М.Т., Петров Г.А., Лепихина О.П., Корнилова А.Ю. (2006) U-Pb (SHRIMP-II)-возраст цирконов из пепловых туфов чернокаменской свиты сылвицкой серии венда (Средний Урал). Докл. АН, 411(3), 354-359.

21. Федорова Н.М., Левашова Н.М., Баженов М.Л., Меерт Дж.Дж., Сергеева Н.Д., Голованова И.В., Данукалов К.Н., Кузнецов Н.Б., Кадыров А.Ф., Хидиятов М.М. (2013) Восточно-Европейская платформа в конце эдиакария: новые палеомагнитные и геохронологические данные. Геология и геофизика, 54(11), 1782-1794.

22. Чумаков Н.М. (2004) Ледниковый и безледниковый климат в докембрии. Климат в эпохи крупных биосферных перестроек. М.: Наука, 259-270.

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

24. Чумаков Н.М., Сергеев В.Н. (2004) Проблема климатической зональности в позднем докембрии. Климат и биосферные события. Климат в эпохи крупных биосферных перестроек. М.: Наука, 271-289.

25. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. (2000) Основы литохимии. СПб.: Наука, 479 с.

26. Юдович Я.Э., Кетрис М.П. (2011) Геохимические индикаторы литогенеза (литологическая геохимия). Сыктывкар: Геопринт, 742 с.

27. Au P.-I., Leong Y.-K. (2016) Surface Chemistry and reology of Slurries of Kaolinite and Montmorillonite from Different Sources. KONA Powder Particle J., (33), 17-32.

28. Babechuk M.G., Widdowson M., Kamber B.S. (2014) Quantifying chemical weathering intensity and trace element release from two contrasting basalt profiles, Deccan Traps, India. Chem. Geol., 363, 56-75.

29. Ban J.-D., Moon S.-W., Lee S.-W., Lee J.-G., Seo Y.-S. (2017) Physical and Chemical Weathering Indices for Bio tite Granite and Granitic Weathered Soil in Gyeongju. J. Eng. Geol., 27, 451-462.

30. Barshad I. (1966) The effect of a variation in precipitation on the nature of clay mineral formation in soils from acid and basic igneous rocks. Proc. Int. Clay Conf., Jerusalem, 167-173.

31. Brasier M., McCarron G., Tucker R., Leather J., Allen P., Shields G. (2000) New U-Pb zircon dates for the Neoproterozoic Ghubrah glaciation and for the top of the Huqf Supergroup, Oman. Geology, 28, 175-178.

32. Buggle B., Glaser B., Hambach U., Gerasimenko N., Marković S. (2011) An evaluation of geochemical weathering indices in loess-paleosol studies. Quat. Int., 240, 1221.

33. Ceryan S. (2018) Weathering Indices Used in Evaluation of the Weathering State of Rock Material. Handbook of Research on Trends and Digital Advances in Engineering Geology. IGI Global, 132-186.

34. Cox R., Lowe D.R., Cullers R.L. (1995) The influence of sediment recycling and basement composition on evolution of mudrock chemistry in the southwestern United States. Geochim. Cosmochim. Acta, 59, 2919-2940.

35. Cullers R.L. (2000) The geochemistry of shales, siltstones and sandstones of Pennsylvaniane-Permian age, Colorado, USA: implications for provenance and metamorphic studies. Lithos, 51, 181-203.

36. Dellinger M., Gaillardet J., Bouchez J., Calmels D., Galy V., Hilton R.G., Louvat P., France-Lanord C. (2014) Lithium isotopes in large rivers reveal the cannibalistic nature of modern continental weathering and erosion. Earth Planet. Sci. Lett., 401, 359-372.

37. Dingle R.V., Lavelle M. (1998) Late Cretaceous–Cenozoic climatic variations of the northern Antarctic Peninsula: new geochemical evidence and review. Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Palaeoecol., 141, 215-232.

38. Dinis P.A., Garzanti E., Hahn A., Vermeesch P., CabralPinto M. (2020) Weathering indices as climate proxies. A step forward based on Congo and SW African river muds. Earth-Sci. Rev., 201, 103039. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2019.103039

39. Duzgoren-Aydin N.S., Aydin A., Malpas J. (2002) Reassessment of chemical weathering indices: case study of piroclastic rocks of Hong Kong. Eng. Geol., 63, 99-119.

40. Ehrmann W. (1998) Implications of late Eocene to early Miocene clay mineral assemblages in McMurdo Sound (Ross Sea, Antarctica) on paleoclimate and ice dynamics. Palaeogeogr., Palaeoclimatol., Palaeoecol., 139, 213-231.

41. Fedo C.M., Nesbitt H.W., Young G.M. (1995) Unraveling the effects of potassium metasomatism in sedimentary rocks and paleosols, with implications for paleoweathering conditions and provenance. Geology, 23, 921-924.

42. Gaillardet J., Dupré B., Louvat P., Allègre C.J. (1999) Global silicate weathering and CO2 consumption rates deduced from the chemistry of large rivers. Chem. Geol., 159, 3-30.

43. Garzanti E., Resentini A. (2016) Provenance control on chemical indices of weathering (Taiwan river sands). Sediment. Geol., 336, 81-95.

44. Goldberg K., Humayun M. (2010) The applicability of the Chemical Index of Alteration as a paleoclimatic indicator: An example from the Permian of the Paraná Basin, Brazil. Palaeogeogr. Palaeoclimatol. Palaeoecol., 293, 175-183.

45. González-Álvarez I., Kerrich R. (2012) Weathering intensity in the Mesoproterozoic and modern large-river systems: A comparative study in the Belt-Purcell Supergroup, Canada and USA. Precambr. Res., 208-211, 174-196.

46. Guo Y., Yang S., Su N., Li C., Yin P., Wang Z. (2018) Revisiting the effects of hydrodynamic sorting and sedimentary recycling on chemical weathering indices. Geochim. Cosmochim. Acta, 227, 48-63.

47. Harnois L. (1988) The CIW index: a new chemical index of weathering. Sediment. Geol., 55, 319-322.

48. Heidari A., Osat M., Konyushkova M. (2022) Geochemical indices as efficient tools for assessing the soil weathering status in relation to soil taxonomic classes. Catena, 208, 105716. https://doi.org/10.1016/j.catena.2021.105716

49. Hessler A.M., Zhang J., Covault J., Ambrose W. (2017) Continental weathering coupled to Paleogene climate chan ges in North America. Geology, 45, 911-914.

50. Huber H., Koeberl C., McDonald I., Reimold W.U. (2001) Geochemistry and petrology of Witwatersrand and Dwyka diamictites from South Africa: Search for an extraterrestrial component. Geochim. Cosmochim. Acta, 65(12), 2007-2016.

51. Irfan T.Y. (1996) Mineralogy, fabric properties and classification of weathered granites in Hong Kong. Quart. J. Eng. Geol., 29, 5-35.

52. Irfan T.Y. (1999) Characterization of weathered volcanic rocks in Hong Kong. Quart. J. Eng. Geol., 32, 317-348.

53. Kellerhals P., Matter A. (2003) Facies analysis of a glaciomarine sequence, the Neoproterozoic Mirbat Sandstone Formation, Sultanate of Oman. Eclog. Geol. Helvetiae, 96, 49-50.

54. Levashova N.M., Bazhenov M.L., Meert J.G., Kuznetsov N.B., Golovanova I.V., Danukalov K.N., Fedorova N.M. (2013) Paleogeography of Baltica in the Ediacaran: paleomagnetic and geochronological data from the clastic Zigan Formation, South Urals. Precambr. Res., 236, 16-30.

55. Li C., Yang S. (2010) Is chemical index of alteration (CIA) a reliable proxy for chemical weathering in global drainage basins? Amer. J. Sci., 310, 111-127.

56. Li Z.-X., Evans D.A.D., Halverson G.P. (2013) Neoproterozoic glaciations in a revised global palaeogeography from the breakup of Rodinia to the assembly of Gondwanaland. Sediment. Geol., 294, 219-232.

57. Lindsey D.A. (1969) Glacial sedimentation of the Precambrian Gowganda Formation, Ontario, Canada. GSA Bull., 80, 1685-1704.

58. Marques E.A.G., Amaral Vargas E.Jr., Leao M.F. (2020) Weathering of Rocks in Brazil. Soft Rock Mechanics and Engineering. Springer Nature Switzerland AG, 251-290.

59. Maynard J.B. (1992) Chemistry of modern soils as a guide to interpreting Precambrian paleosols. J. Geol., 100, 279289.

60. McLennan S.M. (1993) Weathering and global denudation. J. Geol., 101, 295-303.

61. Mohsen Q., El-Maghraby A. (2010) Characterization and assessment of Saudi clays raw material at different area. Arab. J. Chem., (3), 271-277.

62. Nadłonek W., Bojakowska I. (2018) Variability of chemical weathering indices in modern sediments of the Vistula and Odra rivers (Poland). Appl. Ecol. Environ. Res., 16, 2453-2473.

63. Nesbitt H.W., Young G.M. (1982) Early Proterozoic climates and plate motions inferred from major element chemistry of lutites. Nature, 299, 715-717.

64. Nesbitt H.W., Young G.M. (1989) Formation and diagenesis of weathering profiles. J. Geol., 97, 129-147.

65. Ojakangas R.W., Matsch C.L. (1980) Upper Precambrian (Eocambrian) Mineral Fork Tillite of Utah: A continental glacial glaciomarine sequence. GSA Bull., 91, 495-501.

66. Parker A. (1970) An index of weathering for silicate rocks. Geol. Mag., 107, 501-504.

67. Price J.R., Velbel M.A. (2003) Chemical weathering indices applied to weathering profiles developed on heterogeneous felsic metamorphic parent rocks. Chem. Geol., 202, 397-416.

68. Rieu R., Allen P.A., Etienne J.L., Cozzi A., Wiechert U. (2006) A Neoproterozoic glacially influenced basin margin succession and “atypical” cap carbonate associated with bedrock paleovalleys, Mirbat area, southern Oman. Basin Res., 18, 471-496.

69. Rieu R., Allen P.A., Plötze M., Pettke T. (2007a) Compositional and mineralogical variations in a Neoproterozoic glacially influenced succession, Mirbat area, south Oman: Implications for paleoweathering conditions. Precambr. Res., 154, 248-265.

70. Rieu R., Allen P.A., Plötze M., Pettke T. (2007b) Climatic cycles during a Neoproterozoic “snowball” glacial epoch. Geology, 35, 299-302.

71. Roy D.K., Roser B.P. (2013) Climatic control on the composition of Carboniferous–Permian Gondwana sediments, Khalaspir basin, Bangladesh. Gondw. Res., 23, 11631171.

72. Ruxton B.P. (1968) Measures of the Degree of Chemical Weathering of Rocks. J. Geol., 76, 518-527.

73. Shaaibu S., Abdullahi A.U., Sadiq Y.O., Odey O.A. (2020) Physio-Chemical and Thermal Properties of Alkaleri Kaolin, Bauchi State, Nigeria for Ceramics Applications. FUTY J. Environ., 14(1), 60-68.

74. Shao J.Q., Yang S.Y. (2012) Does chemical index of alteration (CIA) reflect silicate weathering and monsoonal climate in the Changjiang River basin? Chin. Sci. Bull., 57, 1178-1187.

75. Sheldon N.D., Tabor N.J. (2009) Quantitative paleoenvironmental and paleoclimatic reconstruction using paleosols. Earth-Sci. Rev., 95, 1-52.

76. Smith A.G. (2001) Paleomagnetically and tectonically based global maps for Vendian to Mid-Ordovician time. The ecology of the Cambrian radiation. N. Y.: Columbian University press, 11-16.

77. Smith A.G., Pickering K.T. (2003) Oceanic gateways as aritical factor to initiate icehouse Earth. J. Geol. Soc. (London), 160, 337-340.

78. Smith A.J.B. (2007) The paleo-environmental significance of the Iron-formations and Iron-rich mudstones of the Mesoarchean Witwatersrand-Mozaan basin, South Africa. Magister Sci. dissertation. University of Johannesburg. South Africa, 208 p.

79. Turgeon S., Brumsack H.-J. (2006) Anoxic vs dyso xic events reflected in sediment geochemistry during the Ceno manian–Turonian Boundary Event (Cretaceous) in the Umbria–Marche basin of central Italy. Chem. Geol., 234, 321-339.

80. Yahaya S., Jikan S.S., Badarulzaman N.A., Adamu A.D. (2017) Chemical Composition and Particle Size Analysis of Kaolin. Traektoriâ Nauki = Path of Science, 3(10), 1001-1004.

81. Young G.M. (2001) Comparative Geochemistry of Pleistocene and Paleoproterozoic (Huronian) Glaciogenic Lamin ated Deposits: Relevance to Crustal and Atmospheric Composition in the Last 2.3 Ga. J. Geol., 109, 463-477.

82. Young G.M. (2002) Geochemical investigation of a Neoproterozoic glacial unit: The Mineral Fork Formation in the Wasatch Range, Utah. GSA Bull., 114, 387-399.

83. Young G.M., Nesbitt H.W. (1985) The Gowganda Formation in the southern part of the Huronian outcrop belt, Ontario, Canada: stratigraphy, depositional environments and regional tectonic significance. Precambr. Res., 29, 265-301.