Термодинамический анализ устойчивости первичных и вторичных минералов в мелилит-нефелинитовых туфах с отпечатками Australopithecus Afarensis, Лаетоли, северная Танзания

Елена Николаевна Перова; Анатолий Николаевич Зайцев; Джон Спратт; Наталья Сергеевна Власенко; Наталия Владимировна Платонова; Ольга Геннадьевна Бубнова

doi:10.21638/spbu07.2022.202

Авторы

Елена Николаевна Перова Санкт-Петербургский государственный университет, Российская Федерация, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7–9 https://orcid.org/0000-0002-4762-8853
Анатолий Николаевич Зайцев Санкт-Петербургский государственный университет, Российская Федерация, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7–9
Джон Спратт Центр визуализации и анализа, Департамент наук о Земле, Музей естественной истории, Великобритания, SW 7 5BD, Лондон, Кромвель-роуд https://orcid.org/0000-0002-6395-8895
Наталья Сергеевна Власенко Санкт-Петербургский государственный университет, Российская Федерация, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7–9
Наталия Владимировна Платонова Санкт-Петербургский государственный университет, Российская Федерация, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7–9
Ольга Геннадьевна Бубнова Санкт-Петербургский государственный университет, Российская Федерация, 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7–9

DOI:

https://doi.org/10.21638/spbu07.2022.202

Аннотация

Вулканическая область Лаетоли в северной Танзании является важным антропологическим объектом, где установлены древнейшие на Земле (3.66 млн лет) отпечатки ступней ног Australopithecus afarensis. Среди вулканических пород преобладают эоловые туфы, образование которых происходило в интервале 4.36–3.63 млн лет назад. В разрезе эоловых туфов, слагающих верхние отложения Лаетоли, присутствует восемь слоев «маркирующих туфов», в одном из которых и установлены отпечатки Australopithecus afarensis, которые наблюдаются на поверхности слоя белого туфа, являющегося частью маркирующего туфа №7. В составе маркирующих туфов выделяются две минеральных ассоциации. Первая ассоциация включает первичные минералы туфов, это клинопироксен (диопсид, авгит, эгирин-авгит), нефелин, мелилит (акерманит и алюмоакерманит), гранат (андрадит и шорломит), магнетит и др. Вторая минеральная ассоциация представлена вторичными минералами: монтмориллонитом, кальцитом и филлипситом. Эти минералы образуются в результате замещения первичных минералов, а также вулканического стекла и кристаллизуются в межзерновом пространстве. Главные первичные минералы туфов (мелилит и нефелин) устойчивы при широких значениях активности натрия и величине рН. При снижении активности натрия в минералообразующей среде, в слабощелочных, нейтральных и кислых условиях (рН < 10) оба породообразующих минерала замещаются монтмориллонитом. Отсутствие монтмориллонита в присутствии кальцита в составе измененных нефелинитовых туфов вулкана Садимана (который рассматривается как вероятный источник туфов Лаетоли), для которых характерно присутствие каолинита, по-видимому, связано с более высокими значениями lgfH₂O в процессе замещения первичных минералов туфов. Распределение полей устойчивости первичных и вторичных минералов туфов на диаграмме связывающей величины lgaHCO₃ и pH указывает на то, что процесс преобразования туфов Лаетоли проходил в более кислых (рН = 5–7) условиях среды минералообразования по сравнению с условиями при изменениях туфов Садимана (рН > 10).

Ключевые слова:

мелилит, нефелин, монтмориллонит, кальцит, туф, Лаетоли, Танзания

Скачивания

Данные скачивания пока недоступны.

Библиографические ссылки

Balagizi, C.M., Kasereka, M.M., Cuoco, E., Liotta, M., (2017). Rain-plume interactions at Nyiragongo and Nyamulagira volcanoes and associated rainwater hazards, East Africa. Applied Geochemistry, 81, 76-89.

Barker, D.D., Milliken, K.L., (2008). Cementation of the footprint tuff, Laetoli, Tanzania. Canadian Mineralogist, 46, 831–841.

Dawson, J.B., (2008). The Gregory Rift Valley and Neogene-Revent Volcanoes of Northern Tanzania. Geological Society, London Geological Society Memoir No. 33.

Deino, A. L. (2011). 40Ar/39Ar dating of Laetoli, Tanzania. In: T. Harrison, ed., Paleontology and Geology of Laetoli: Human Evolution in Context. Volume 1: Geology, Geochronology, Paleoecology and Paleoenvironment. Dordrecht: Springer, 77–97.

Deino, A. L. (2012). 40Ar/39Ar dating of Bed I, Olduvai Gorge, Tanzania, and the chronology of early Pleistocene climate change. Journal of Human Evolution, 63, 251–273.

Frank-Kamenetsky, V. A. (1975). Instructions to the X-ray investigation of minerals. Leningrad: Nedra Publ. (In Russian)

Frank-Kamenetsky, V. A. (1983). X-ray analysis of most important types of rock-forming minerals (layer and framework silicates). Leningrad: Nedra Publ. (In Russian)

Gailhanou, H., Blanc P., Rogez, J., Mikaelian, G., Kawaji, H., Olives, J., Amouric, M., Denoyel, R., Bourrelly, S., Montouillout, V., Vieillard, P., Fialips, C. I., Michau, N. and Gaucher, E. C. (2012). Thermodynamic properties of illite, smectite and beidellite by calorimetric methods: Enthalpies of formation, heat capacities, entropies and Gibbs free energies of formation. Geochimica et Cosmochimica Acta, 89, 279–301.

Getty Conservation Institute (2001). Laetoli Hominid Trackway, Site G: Condition Records, G1 and G2/3 Footprints. [online] Los Angeles: Getty Conservation Institute. Available at: http://hdl.handle.net/10020/gci_pubs/laetoli_condition_records [Accessed Oct. 18, 2021].

Getty Conservation Institute (2011). Report on the Partial Re-Excavation of the Laetoli Hominid Trackway, Site G. [online] Los Angeles: Getty Conservation Institute. Available at: http://hdl.handle.net/10020/gci_pubs/laetoli_re-excavation [Accessed Oct. 18, 2021].

Harrison, T., ed. (2011). Paleontology and Geology of Laetoli: Human Evolution in Context. Vol. 1: Geology, Geochronology, Paleoecology and Paleoenvironment. Dordrecht, Heidelberg, London, New York: Springer.

Hay, R. L. (1976). Geology of the Olduvai Gorge. Berkeley: University of California Press.

Hay, R. L. (1978). Melilitite-carbonatite tuffs in the Laetoli beds of Tanzania. Contributions to Mineralogy and Petrology, 67, 357–367.

Hay, R. L. (1987). Geology of the Laetoli area. In: M. D. Leakey, J. M. Harris, eds, Laetoli, a Pliocene Site in Northern Tanzania, Oxford: Clarendon Press, 23–47.

Keller, J. and Zaitsev, A. N. (2012). Geochemistry and petrogenetic significance of natrocarbonatites at Oldoinyo Lengai, Tanzania: Composition of lavas from 1988 to 2007. Lithos, 148, 45–53.

Langmuir, D. (1997). Aqueous Environmental Geochemistry. Prentice Hall, Englewood Cliffs, New Jersey.

Leakey, L. S. B. (1959). A new fossil skull from Olduvai. Nature, 184, 491–493.

Leakey, M. D. and Hay, R. L. (1979). Pliocene footprints in the Laetolil beds at Laetoli, northern Tanzania. Nature, 278, 317–323.

Leakey, L. S. B., Tobias, P. V. and Napier, J. R. (1964). A new species of the genus Homo from Olduvai Gorge. Nature, 202, 7–9.

Mana, S., Furman, T., Carr, M. J., Mollel, G. F., Mortlock, R. A., Feigenson, M. D., Turrin, B. D. and Swisher III, C. C. (2012). Geochronology and geochemistry of the Essimingor volcano: melting of metasomatized lithospheric mantle beneath the North Tanzanian Divergence zone (East African Rift). Lithos, 155, 310–325.

McHenry, L. J. (2011). Geochemistry and mineralogy of Laetoli area tuffs: lower Laetolil through Naibadad beds. In: T. Harrison, ed., Paleontology and Geology of Laetoli: Human Evolution in Context Volume 1: Geology, Geochronology, Paleoecology and Paleoenvironment. Dordrecht: Springer, 121–141.

Mitchell, R. H. and Dawson, J. B. (2007). The 24th September 2007 ash eruption of the carbonatite volcano Oldoinyo Lengai, Tanzania: mineralogy of the ash and implications for formation of a new hybrid magma type. Mineralogical Magazine, 71, 483–492.

Mollel, G. F. (2007). Petrochemistry and Geochronology of Ngorongoro Volcanic Highland Complex (NVHC) and its Relationship to Laetoli and Olduvai Gorge, Tanzania. PhD thesis, Rutgers University, USA.

Mollel, G. F., Swisher III, C. C., Feigenson, M. D. and Carr, M. J. (2008). Geochemical evolution of Ngorongoro Caldera, Tanzania: implications for crust-magma interaction. Earth and Planetary Science Letters, 271, 337–347.

Moore, D. N. and Reynold, R. C. (1997). X-ray Diffraction and the Identification and Analysis of Clay Minerals. Oxford University Press.

Musiba, C. M., Mabula, A., Selvaggio, M. and Magori, C. C. (2008). Pliocene animal trackways at Laetoli: research and conservation potential. Ichnos, 15, 166–178.

Musiba, C. M., Mwambungu, M. M., Mwankunda, J., Zaitsev, A. N., Savchenok, A. I., Mabulla, A. Z., Magori, C. C., Bergstrom, K., Pelissero, A. and Assefa, S. (2020). Balancing research, education, conservation and sustainable use of the 3.6 million years old hominin footprint Site G and S at Laetoli in northern Tanzania. American Journal of Physical Anthropology, 171 (S69), 194.

Ogorodova, L. P., Gritsenko, Yu. D., Vigasina, M. F., Bychkov, A. Y., Ksenofontov, D. A. and Melchakova, L. V. (2018). Thermodynamic properties of natural melilites. American Mineralogist, 103, 1945–1952.

de la Villa, R. V., Cuevas, J., Ramírez, S. and Leguey, S. (2201). Zeolite formation during the alkaline reaction of bentonite. European Journal of Mineralogy, 13, 653–644.

Scoon, R. N. (2018). Geology of National Parks of Central/Southern Kenya and Northern Tanzania. Springer International Publishing AG.

Su, D. F. and Harrison, T. (2015). The paleoecology of the upper Laetolil beds, Laetoli Tanzania: a review and synthesis. Journal of African Earth Sciences, 101, 405–419.

Zaitsev, A. N., Wenzel, T., Spratt, J., Williams, T. C., Strekopytov, S., Sharygin, V. V., Petrov, S. V., Golovina, T. A., Zaitseva, E. O. and Markl, G. (2011). Was Sadiman volcano a source for the Laetoli footprint tuff? Journal of Human Evolution, 61, 121–124.

Zaitsev, A. N., Marks, M. A. W., Wenzel, T., Spratt, J., Sharygin, V. V., Strekopytov, S. and Markl, G. (2012). Mineralogy, geochemistry and petrology of the phonolitic to nephelinitic Sadiman volcano, Crater Highlands, Tanzania. Lithos, 152, 66–83.

Zaitsev, A. N., Spratt, J., Sharygin, V. V., Wenzel, T., Zaitseva, O. A. and Markl, G. (2015). Mineralogy of the Laetolil footprint tuff: a comparison with possible volcanic sources from the Crater Highlands and Gregory rift. Journal of African Earth Sciences, 111, 214–221.

Zaitsev, A. N., McHenry, L., Savchenok, A. I., Strekopytov, S., Spratt, J., Humphreys-Williams, E., Sharygin, V. V., Bogomolov, E. S., Chakhmouradian, A. R., Zaitseva, O. A., Arzamastsev, A. A., Reguir, E. P., Leach, L., Leach, M. and Mwankunda, J. (2019). Stratigraphy, mineralogy and geochemistry of the Upper Laetolil tuffs including a new tuff 7 site with footprints of Australopithecus afarensis, Laetolil, Tanzania. Journal of African Earth Sciences, 158, 103561.

Zaitsev, A. N., Vlasov, D. Y., Zelenskaya, M. S., Zaitseva, O. A., Pavlova, O. A., Chakhmouradian, A. R., Savchenok, A. I., Leach, L., Leach, M. and Mwankunda, J. (2020). Microbiology of the Laetolil Tuff 7 with 3.66 Ma Australopithecus Afarensis footprints, Ngorongoro Conservation Area, Tanzania. In: O. V. Frank-Kamenetskaya, D. Yu. Vlasov, E. G. Panova, S. N. Lessovaia, eds, Processes and Phenomena on the Boundary Between Biogenic and Abiogenic Nature, Lecture Notes in Earth System Sciences. Springer Nature Switzerland AG, 669–692.

Zaitsev, A. N., Arzamastsev, A. A., Marks, M. A. W., Braunger, S., Wenzel, T., Spratt, J., Salge, T. and Markl, G. (2021). Hybridisation of alkali basaltic magmas: a case study of the Ogol lavas from the Laetoli area, Crater Highlands (Tanzania). Journal of Petrology, 62 (8), egab035.