Nutrient dynamics in the Archean-Paleoproterozoic oceans strongly influenced primary productivity and the rise of atmospheric O2. Reconstructing the cycling of key nutrients such as dissolved inorganic phosphate (DIP) at this time is important for our understanding of the timing, rate and extent of atmospheric oxygenation at this time. Banded iron formations (BIF) can be used as proxies for global DIP content in Precambrian marine waters. Estimating Precambrian DIP requires understanding of the mechanisms by which Fe(III)(oxyhydr)oxides scavenge DIP which has come mainly from experimental studies using NaCl solutions that mimick Precambrian marine conditions with for example, elevated Si and Fe(II) concentrations. The two DIP binding modes suggested for Early Proterozoic marine waters are 1) Adsorption - surface attachment on pre-formed Fe(III) (oxyhydr)oxides, and 2) Coprecipitation - incorporation of P into actively growing Fe(III) (oxyhydr)oxides. It has been suggested that the elevated Si concentrations suggested for Precambrian seawater, strongly inhibit adsorption of DIP in Fe(III)(oxyhydr)oxides. However recent coprecipitation experiments show that DIP is strongly scavenged by Fe(III)(oxyhydr)oxides in the presence of Si, seawater cations and hydrothermal As. In this study we show that the DIP uptake onto Fe(III)(oxyhydr)oxides by adsorption is less than 5% of that by coprecipitation. The data imply that in the Early Proterozoic open oceans, the precipitation of Fe(III)(oxyhydr)oxides during mixing of deep anoxic Fe(II)-rich waters with oxygenated ocean surface waters caused DIP removal from surface waters through coprecipitation rather than adsorption. Local variations in DIP and perhaps even stratification of DIP in the oceans were likely created from the continuous removal of DIP from surface waters by Fe(III)(oxyhydr)oxides, and its partial release into the anoxic bottoms waters and in buried sediments. In addition to a DIP famine, the selectivity for DIP over As(V) may have led to As enrichment in surface waters both of which would have most likely decreased the productivity of Cyanobacteria and O2 production. / Näringscirkulationen i haven under arkeikum och paleoproterozoikum påverkade primärproduktionen och uppkomsten av atmosfärisk syrgas (O2). För att förstå när och hur fort koncentrationen av O2 i atmosfären ökade behöver vi rekonstruera hur viktiga näringsämnen, t.ex. löst oorganiskt fosfor (engelska “Dissolved Inorganic Phosphorous”, DIP) cirkulerade. Bandad järnmalm (engelska “Banded Iron Formations”, BIF) kan användas som en markör för DIP i de prekambriska haven. För att kunna använda DIP som markör måste man förstå hur prekambrisk DIP tas upp av järn(III)(oxyhydr)oxider. Hittills har detta studerats med natriumkloridlösningar som ska efterlikna förhållande i de prekambriska haven, med t.ex. förhöjda kisel- och järn(II)-koncentrationer. Ur sådana studier har två bindningsmekanismer föreslagits för paleoproterozoiskt havsvatten 1) Adsorption, d.v.s. DIP binds till ytan på redan bildade kristaller av järn(III)(oxyhydr)oxid, och 2) samutfällning, d.v.s. upptag av fosfor i kristaller av järn(III)(oxyhydr)oxid medan kristallerna bildas. Det har föreslagits att de höga kiselkoncentrationerna som tros ha funnits i de prekambriska havsvattnet hämmade adsorption av DIP på ytan av järn(III) (oxyhydr)oxidkristaller. Men de senaste samutfällningsexperimenten tyder på att järn(III) (oxyhydr)oxid effektivt tar upp DIP även i närvaro av kisel, arsenik från hydrotermala källor och de katjoner som dominerar i havsvatten. I här presenterad studie var mängden DIP som bands till järn(III)(oxyhydr)oxidkristaller genom adsorption mindre än 5 % av den DIP som togs upp av kristallerna via samutfällning. Våra data tyder på att när järn(III) (oxyhydr)oxid fälldes ut i tidiga-proterozoiska hav när järn(II)-rikt djupvatten blandades med syrerikt ytvatten, och att DIP avlägsnades från ytvattnet genom samutfällning snarare än adsorption. Lokala variationer av DIP-koncentrationer i haven, möjligen även skiktning, kan ha orsakats av kontinuerlig utfällning av järn(III)(oxyhydr)oxider ur ytvattnet följt av partiell frigörelse av DIP i syrefria djupvatten och sediment. Kristallisationsprocessen, som gynnar inbindning av DIP och misgynnar inbinding av arsenik (V) kan ha orsakat brist av DIP och anrikning av arsenik i ytvattnet, vilket troligen minskade tillväxten av cyanobakterier med lägre syrgasproduktion som följd. / CLAPO
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:su-148800 |
| Date | January 2017 |
| Creators | Hemmingsson, Christoffer |
| Publisher | Stockholms universitet, Institutionen för geologiska vetenskaper, Stockholm |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | Licentiate thesis, comprehensive summary, info:eu-repo/semantics/masterThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | Meddelanden från Stockholms universitets institution för geologiska vetenskaper |
Page generated in 0.0021 seconds