Quecksilber ist ein giftiges Schwermetall, das stabil als Gas mit hoher Flüchtigkeit und globaler Verteilung in der Atmosphäre existieren kann. Vulkane stellen eine primäre natürliche Quelle von Hg in der Atmosphäre dar und haben erhebliche Auswirkungen auf die Hg-Zyklen sowohl auf globaler als auch auf regionaler Ebene. Quecksilber kann in Erdsystemen sowohl einer massenabhängigen Fraktionierung (MDF) als auch einer massenunabhängigen Fraktionierung (MIF) unterliegen.
Hg-MDF ist allgegenwärtig und mit zahlreichen Prozessen verbunden, während Hg-MIF eine eindeutige Signatur liefern kann, um die spezifischen Wege von Hg zu identifizieren. Vulkanisch gewonnenes Hg weist ∆199Hg-Werte nahe Null auf. Die Photoreduktion von Hg(II) erzeugt negatives MIF (∆199Hg 199Hg > 0) im restlichen wässrigen Hg(II)-Pool in Wassersäulen. Infolgedessen weisen die marinen und terrestrischen Systeme tendenziell positive bzw. negative ∆199Hg-Werte auf.
In einer Reihe von Studien wurde über die Verwendung stabiler Hg-Isotope zur zuverlässigen Verfolgung des Ursprungs von Hg in der geologischen Aufzeichnung berichtet. Quecksilberisotopenaufzeichnungen von Hg-Anreicherungen vulkanischen Ursprungs zeigen Hg/TOC-Peaks (gesamter organischer Kohlenstoff) mit ∆199Hg-Werten nahe Null, die die direkte Ablagerung von vulkanischem Hg widerspiegeln, oder leicht positiven ∆199Hg-Werten, die die Photoreduktion von Hg(II) während des atmosphärischen Transports widerspiegeln von vulkanischem Hg.
Man geht davon aus, dass die „Big Five“-Massenaussterben, mehrere sekundäre Aussterben, ozeanische anoxische Ereignisse (OAEs) im Phanerozoikum und einige atmosphärische Redoxveränderungen im Präkambrium alle Hg-Isotope vulkanischen Ursprungs aufweisen, was darauf hindeutet, dass Vulkanismus eine Rolle gespielt hat spielen bei diesen Artensterben und Umweltereignissen eine wichtige Rolle.
Quecksilberisotopenaufzeichnungen von Hg-Anreicherungen für nicht-vulkanische Ursprünge weisen unterschiedliche Merkmale auf. Die Hg-Anreicherung kann durch Redoxänderungen im Ozean verursacht werden, und der Hg-Eintrag kann aus terrestrischem Abfluss, der Verbrennung organischer Sedimente, Asteroideneinschlägen und atmosphärischem Hg(0) stammen und unterschiedliche ∆199Hg-Werte aufweisen.
Es gibt einige Einflussfaktoren auf sedimentäre Hg-Anreicherungen und Hg-Isotopenvariationen. Die Unterschiede im globalen oder lokalen Vulkanismus, im Unterwasser- oder Unterwasservulkanismus, in der Entfernung zum Vulkanismus, in der Intensität des Vulkanausbruchs und im Vorhandensein hydrothermaler Aktivitäten können alle Auswirkungen auf die Hg-Konzentrationen und Hg-Isotope haben.
Der Redoxzustand des Ozeans, wie z. B. oxische oder dysoxische Bedingungen und anoxische oder euxinische Umgebungen, können beide in erster Linie die Wirtsphasen von Hg beeinflussen. Und während und/oder nach der Diagenese und Metamorphose können auch Hg-Anreicherungen und Hg-Isotope betroffen sein.
Die Anwendung von Hg-Anreicherungen und Hg-Isotopen zur Verfolgung großer Vulkanismen in geologischen Aufzeichnungen kann das Verständnis der Beziehung zwischen LIP-Eruptionen, biotischen Krisen und Umweltveränderungen in antiken Szenarien erheblich verbessern und starke Beweise für einen echten Ursache-Wirkungs-Zusammenhang zwischen LIPs und liefern geologische Katastrophenereignisse.
Dennoch gibt es immer noch ungelöste Probleme, die künftiger Arbeit bedürfen, darunter Kontroversen über den LIP-Auslösemechanismus für bestimmte Aussterben und komplizierte Variationen bei Hg-Isotopen. Daher sind zukünftige Arbeiten wie die Erweiterung des Forschungsumfangs, die Anwendung von Hg-Isotopenmodellen und die Kombination von Hg mit anderen Proxies erforderlich, um umfassendere Einblicke in das vulkanische Ereignis und die damit verbundenen Auswirkungen auf die Umwelt und die Biotik zu gewinnen.
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Qing Gong et al., Anwendungen von stabilen Quecksilberisotopen zur Verfolgung von Vulkanismus in der geologischen Aufzeichnung, Wissenschaft China Geowissenschaften (2024). DOI: 10.1007/s11430-023-1236-8