Обзор применения стабильных изотопов ртути для отслеживания вулканизма в геологических событиях

Ртуть — токсичный тяжёлый металл, способный существовать в виде стабильного газа с высокой летучестью и глобальным распространением в атмосфере. Вулканы являются основным природным источником атмосферной ртути, значительно влияя на её циклы в глобальном и региональном масштабах. В земных системах ртуть может подвергаться как масс-зависимой (MDF), так и масс-независимой (MIF) фракционизации.

Изотопный состав вулканической ртути характеризуется значениями ∆¹⁹⁹Hg, близкими к нулю. Фоторедукция Hg(II) в водных столбах генерирует отрицательную MIF (∆¹⁹⁹Hg < 0) в образующемся Hg(0), оставляя положительную MIF (∆¹⁹⁹Hg > 0) в остаточном пуле Hg(II). В результате морские и наземные системы, как правило, имеют положительные и отрицательные значения ∆¹⁹⁹Hg соответственно.

В ряде исследований показано, что стабильные изотопы ртути можно надёжно использовать для определения её происхождения в геологической летописи. Пики обогащения ртутью вулканического происхождения, нормированные на общий органический углерод (Hg/TOC), демонстрируют значения ∆¹⁹⁹Hg, близкие к нулю (отражая прямое осаждение вулканической ртути) или слабо положительные (указывая на фоторедукцию Hg(II) во время атмосферного переноса).

Изотопные сигнатуры, указывающие на вулканический источник ртути, обнаружены в отложениях, связанных с "большой пятёркой" массовых вымираний, несколькими вторичными вымираниями, событиями океанской аноксии (OAEs) в фанерозое и некоторыми изменениями атмосферной редокс-обстановки в докембрии. Это подразумевает важную роль вулканизма в этих вымираниях и экологических событиях.

На обогащение осадков ртутью и её изотопный состав влияют различные факторы: тип вулканизма (глобальный/локальный, подводный/наземный), расстояние от источника, интенсивность извержений, наличие гидротермальной активности, а также окислительно-восстановительное состояние океана (оксические, дизоксические, аноксические или эвксинические условия), которое влияет на фазы-носители ртути. На записи также могут влиять процессы диагенеза и метаморфизма.

Применение данных по обогащению ртутью и её изотопному составу для отслеживания крупного вулканизма в геологической летописи может значительно улучшить понимание связи между извержениями крупных магматических провинций (LIP), биотическими кризисами и изменениями окружающей среды в древних сценариях, предоставляя убедительные доказательства причинно-следственной связи. Однако остаются нерешённые вопросы, требующие дальнейших исследований, включая моделирование изотопов ртути и комбинацию ртутного прокси с другими индикаторами.