Geochemical and sedimentary signatures of Phanerozoic events

Sammanfattning: Popular Abstract in Swedish Populärvetenskaplig sammanfattning Dramatiska händelser har inträffat regelbundet under jordens historia. Primära, kortvariga katastrofer som t ex asteroidnedslag, omfattande vulkanism eller kraftiga jordskalv kan ge långvariga miljöeffekter, som t ex global uppvärmning eller nedkylning, förändringar i havsnivå och cirkulationsmönster, syrefria oceanbottnar mm. Alla dessa händelser lämnar spår efter sig i de sediment som är avsatta under respektive skede och tecknen kan ses som anomalier i den geokemiska sammansättningen, särskilda sedimentära strukturer och förändringar i flora och fauna. Denna avhandling behandlar sedimentologiska och geokemiska spår av specifika händelser som inträffat under jordens senaste 500 miljoner år (fanerozoikum) och syftet är att dokumentera och tolka de olika företeelserna och deras bakomliggande orsaker. Studien omfattar tre olika tidsintervall; slutet av silur, gränsen mellan jura och krita samt gränsen mellan krita och paleogen. Blottningar och utgrävningar i Skåne från sen silur och jura-krita undersöktes, dokumenterades och provtogs, medan krita-paleogengränsen provtogs från blottningar i Mexiko-Belize, nära nedslagskratern Chicxulub på Yucatanhalvön. Den gemensamma nämnaren för dessa avsättningar är att de återspeglar sedimentologiska och/eller geokemiska avvikelser i förhållande till bakgrundsvärden. Under slutet av silurperioden förändrades sammansättningen av kol- respektive syreisotoperna i havsvattnet. Det avspeglas som en kraftig ökning av den tyngre isotopen 13C, och ?13C värden i marina kalkstenar stiger från ca +1 ? till >+10 ?. Liknande höga värden har registrerats i samtida karbonater från andra platser i världen. Denna förändring i den marina kolisotop-sammansättningen framstår som den största under fanerozisk tid, med global signifikans. Många teorier till bakomliggande orsaker har lagts fram, men magnituden på anomalin gör den svårförklarlig med nuvarande globala kolcykelmodeller. I denna avhandling föreslås multipla orsaker. De högsta värdena kan förklaras med en regional, kraftig ökning av fotosyntetiserande aktivitet, vilket påvisas av den plötsliga massförekomsten av cyanobakterier i grunda miljöer. Vid dessa bakteriers fotosyntes förbrukas CO2 och det är framförallt den lätta isotopen 12C som tas upp medan den tyngre isotopen 13C koncentreras i vattenmassan. Denna 13C ökning lades ovanpå en redan globalt förändrad ?13C (ca +3 ? till +5 ?) sammansättning i havsvattnet. Men frågan kvarstår om vilken mekanism som kan ha orsakat den initiala globala ökningen av 13C i havsvattnet. Det är möjligt att det finns ett samband mellan massförekomsten av cyanobakterier och koldioxidhalten i atmosfären (som var extremt hög under perioden) och vidare till den globala förhöjningen av ?13C i marina karbonater. Under samma period sker också en förändring i ?18O sammansättningen, till en ökning av den tyngre isotopen 18O. Avsättningarna i Skåne påvisar en evaporitisk miljö, bland annat genom förekomsten av cerebroida ooider som bildas i vatten med hög salthalt. Avdunstning och avgasning av H2O och CO2 från vattenmassan anses ha orsakat förändringen i syreisotopsammansättningen. Avgasning av CO2 medför högre koncentration av den tunga isotopen 13C i vattenmassan, vilket kan förklara ?13C ökningen i sediment som inte har direkt anknytning till cyanobakterier. De sedimentära gränslagren från jura-krita vid Eriksdal i Skåne innehåller en sekvens som visar en plötslig och snabb förändring i vattenenergin. Vitabäckslerorna består framförallt av gröna till mörkt grå-svarta leror, avsatta under lugna förhållanden. Den avvikande sekvensen består av grövre material, den har en skarp erosiv basyta och innehåller växtfragment och en blandning av marina och kontinentala fossil. Med hänvisning till de sedimentologiska och paleontologiska särdragen har tsunamiavsättning föreslagits för den relativt korta sekvensen (ca 1.5 m). Den bakomliggande orsaken som skapande tsunamivågor kan vara jordskalv och/eller asteroidnedslag där en möjlig aspirant är Mjølnirkratern i Barents Hav. Den mer välkända nedslagskratern Chicxulub på Yucatanhalvön i Mexico är ett typexempel på katastrofala händelser i jordens historia. Kratern med en diameter på 200 km visar magnituden av nedslaget. Tiden för nedslaget anses vara gränsen mellan krita-paleogen (K-T) eftersom detta gränslager, globalt, har förhöjda iridiumhalter och innehåller kvartskorn som utsatts för extremt tryck och temperatur. Det finns emellertid avvikande meningar angående tidsaspekten, som hävdar att Chicxulub nedslaget skedde innan K-T och att ett senare nedslag gav upphov till gränslagret. De geokemiska undersökningarna utförda inom detta projekt visar emellertid ett genetiskt samband mellan den närliggande ejekta-avsättningen (ca 330-360 km från kratern) och bergarterna på nedslagsplatsen och vidare till det globala gränslagret. Detta får anses som en bekräftelse på att nedslaget i Chicxulub verkligen gav upphov till K-T gränslagret.