Mapeamento de SiO2 amorfo em xistos Devonianos e a possível ligação com a produtividade marinha durante a incipiente diversificação florestal

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 1516 (2023) Citar este artigo

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O ciclo da sílica nos oceanos do mundo não é fácil de avaliar numa escala de tempo geológico. Com o surgimento dos radiolários e das esponjas a partir do início do Cambriano, a sílica pode ter duas origens deposicionais: intemperismo continental e sílica biogênica. É fundamental ter um método confiável de diferenciação de sílica amorfa e sílica cristalina para compreender verdadeiramente o ciclo biogeoquímico e inorgânico da sílica. Neste estudo, opala-A é mapeada em toda a Bacia Sedimentar do Oeste do Canadá nos xistos da Formação Duvernay do Devoniano Superior usando imagens hiperespectrais de ondas longas juntamente com proxies geoquímicos que diferenciam entre SiO2 cristalino e amorfo, durante a expansão das primeiras florestas do mundo. Sinalizado por várias excursões de isótopos de carbono no Frasniano, o Evento punctata corresponde à expansão das florestas quando as plantas terrestres vasculares desenvolvem sementes e redes radiculares mais profundas, provavelmente resultando no aumento da pedogênese. Os nutrientes provenientes de horizontes de solo mais espessos que entram no reino marinho estão ligados a níveis mais elevados de produtividade primária nos oceanos e à subsequente falta de oxigénio em águas mais profundas neste momento. Os resultados deste estudo revelam, pela primeira vez, a distribuição espacial do SiO2 amorfo através de uma bacia sedimentar durante esta grande mudança no reino terrestre, quando as florestas se expandem e desenvolvem redes radiculares mais profundas.

Uma grande mudança no clima e nos níveis de oxigênio na atmosfera da Terra começou perto da fronteira Emsiano-Eifeliana (~ 395 Ma)1 e continuou no início da Frásnia, quando as florestas estavam em expansão2,3,4. As primeiras florestas do mundo foram identificadas no final do Emsiano em Spitzbergen e nos estratos Givetianos em Gilboa, Nova York, EUA5,6, no entanto, Capel et al.3 identificam vários pulsos importantes de origem-extinção durante o Siluriano-Devoniano que eventualmente resultaram em um transição para uma paisagem terrestre florestada durante o Devoniano Médio. No final do Givetiano, as redes de raízes haviam se aprofundado e, no Frasniano, florestas de progimnospermas aneurófitas e arqueopterídeos eram comuns, resultando em horizontes de solo mais espessos começando a se formar; aumentando assim o fornecimento de nutrientes de origem terrestre ao ambiente marinho2,4,7. Estudos anteriores sobre estas mudanças na biodiversidade previram que o aumento da entrega de nutrientes pode ter causado aumentos na produtividade, estratificação de oxigénio, deposição de xistos negros ricos em orgânicos e eutrofização nos mares epicontinentais da Frásnia2,4,8,9. Sedimentos lacustres do Devoniano Médio a Superior da Groenlândia e do norte da Escócia revelam uma perda líquida de fósforo (P), um nutriente biolimitador essencial que deverá diminuir em um ambiente terrestre que está passando por colonização de plantas, onde o P é liberado dos minerais indiretamente através da acidificação de espaços porosos radiculares produzidos pela degradação da matéria orgânica e liberação de exsudatos orgânicos das raízes8,10,11. Uma mudança significativa e duradoura de δ13C na zona do conodonte punctata, que se acredita ser causada pelo aumento da entrega de nutrientes liberados (por exemplo, P) que aumentariam a produtividade e o sepultamento de carbono orgânico no Devoniano Médio ao Final, é referida como Evento punctata (pE) e é reconhecido em bacias em todo o mundo12. A produtividade suspeita associada ao pE também pode resultar na amplificação de SiO2 amorfo de origem biológica em áreas que experimentaram influxo de nutrientes através da entrega de solos formados por redes radiculares mais profundas . O SiO2 amorfo tem sido consistentemente subestimado em sequências sedimentares antigas, o que distorce a nossa compreensão do ciclo biogeoquímico global da sílica . A sílica nos xistos era comumente interpretada como de origem terrígena; no entanto, Schieber17 e Schieber et al.14 demonstraram que proporções significativas de lodo de quartzo em xistos poderiam ser derivadas biogenicamente ou diageneticamente, especialmente após o início do Cambriano, quando radiolários e esponjas siliciosas começaram a proliferar16. Os folhelhos da Formação Frasnian Duvernay, ricos em SiO2, exibem excursões δ13C (org) características do pE, que também foram documentadas nas Montanhas Rochosas canadenses . Estes depósitos da bacia são, portanto, examinados neste estudo para determinar se o SiO2 nos xistos de Duvernay é de origem biológica e se os aumentos na deposição de SiO2 poderiam estar ligados à mudança significativa no domínio terrestre quando as florestas do mundo estavam em expansão.