Project

flood basalts; Large Igneous Province; U-Pb geochronology; atmospheric chemistry; Karoo volcanic province; South Africa; mass extinction; 40Ar-39Ar geochronology; timescale calibration; China; Triassic

Lead
Welche Mechanismen koppeln geologische Prozesse im Erdinnern und an der Erdoberfläche mit dem Klima und der Evolution des Lebens? Diese Fallstudie untersucht die vulkanische Aktivität der Karoo Vulkaniprovinz in Südafrika/Lesotho (eine sogenante "Large Igneous Province"), welche vor 183 Millionen Jahre das Erdklima dramatisch veränderte. Teile der weltweiten Ozeane erwärmten sich so stark, dass sie keinen gelösten Sauerstoff mehr enthielten. Diese anoxischen Bedingungen führte zu einer Periode starker Reduktion der Biodiversität.
Lay summary
Mit U-Pb und Ar-Ar Altersbestimungen an Mineralien von vulkanischen und intrusiven Gesteinen werden wir versuchen die Dauer und die Intensität des Vulkanismus zu bestimmen. Falls sich Perioden erhöhter magmatischer Aktivität erekennen lassen, kann man diese mit periodischen Klimaänderungen korrelieren, welche sich aus zyklischen Veränderungen der Biodiversität ableiten lassen. Diese wurden an marinen Lebwesen rekonstruiert (z.B. Ammoniten und Foraminiferen). Ein weiterer Forschingsschwerpunkt befasst sich mit der Rekonstruktion der Gase, welcher dieser Vulkanismus in die Atmosphäre einbrachte. Vor allem interessieren uns klimarelevante Gase: CO2 ist das hauptsächliche Treibhausgas, welches unser aktuelles Klima verändert, SO2 ist ein Gas, welches in der Atmosphäre Aerosole bildet und die Sonneneinstrahlung reduziert. Diese Daten werden wir dazu benutzen um die Rolle dieser magmatischen Gase zu evaluieren und um sie mit den sogenannten "thermogenen" Gasen zu vergleichen: Gase welche durch die Metamorphose der Sedimente freigesetzt werden, wenn sie von 1200 Grad heissen Schmelzen intrudiert werden. Vielleicht kann dieses Projekt Antworten finden auf die Frage: wieso hat die Aktivität einer grossen Vulkanprovinz wie zum Beispiel diejenige der Siberian Traps vor 252 Millionen Jahren zum grössten Massensterben in der Erdgeschichte geführt, während die Karoo Provinz bei weitem nicht denselben Effekt hatte?

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Last update: 28.09.2018

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This proposal seeks funding to study the timing of processes at the interface of Earth sub-systems, e.g., the timing of massive volcanic activity in Large Igneous Provinces (such as the Karoo Large Igneous Province of S. Africa) and the feedback from the biosphere, or, more specifically, the effect of volcanic volatile degassing on the chemistry of the atmosphere and its impact on climate, environment and life. To reveal these feedbacks in deep geological time, we are relying on precise and accurate geochronology, mainly chemical abrasion, isotope-dilution, thermal ionisation mass spectrometry (CA-ID-TIMS) U-Pb dating techniques. Subproject 1 will study the total duration and the tempo of the Karoo Large Igneous Province (KLIP), and reconstruct the evolution of the different melt sources (lithosphere, asthenosphere, plume and crust) over time. With precise dates it will be possible to correlate pulses of magmatism with pulsed biotic and environmental crises in the marine sedimentary record of the Lower Jurassic. This research will be carried out by a post-doc (sills and dykes of the Karoo basin, S. Africa), and a PhD student (Drakensberg flood basalts in Lesotho).Subproject 2 will try to estimate the volumes of magmatic volatiles released by the KLIP magmas through analysis of concentrations and isotopic compositions of volatile elements in apatite from dated samples of subproject 1 (S, Cl, H). The post-doc will develop apatite sulphur and hydrogen isotope analysis as a novel geochemical tool for quantifying the volatile load of LIP magmas and look at changes of volatile composition and load over time.Subproject 3 represents the final stage of an ongoing PhD study, which will propose a Bayesian age model for the Early and Middle Triassic (Nanpanjiang basin, S. China) as a reference timeline for future studies, to link biostratigraphy, biogeochemical cycles and climate forcing in a period of massive climate variation.This is a large and ambitious research initiative that will touch fundamental topics, like (i) relating variations of the biosphere of marine sedimentary records to environmental change in the lower Jurassic and lower Triassic; (ii) defining the volumes of magmatic volatile release from LIPs compared to thermogenic (contact-metamorphic) volatiles and assessing the role of magmatic volatiles in climate forcing; (iii) understanding why the Karoo LIP did not lead to a mass extinction while others did; (iv) identifying environmental forcing through pulses of Karoo LIP volcanism as a cause for cyclic biodiversity changes in the lower Jurassic.