Fast or slow melting of the Marinoan snowball Earth? The cap dolostone record

The end of the Neoproterozoic era is punctuated by two global glacial events marked by the presence of glacial deposits overlaid by cap carbonates. Duration of glacial intervals is now consistently constrained to 3-12 million years but the duration of the post-glacial transition is more controversial due to the uncertainty in cap dolostone sedimentation rates. Indeed, the presence of several stratabound magnetic reversals in Brazilian cap dolostones recently questioned the short sedimentation duration (a few thousand years at most) that was initially suggested for these rocks. Here, we present new detailed magnetostratigraphic data of the Mirassol d`Oeste cap dolostones (Mato Grosso, Brazil) and ""bomb-spike"" calibrated AMS (14)C data of microbial mats from the Lagoa Vermelha (Rio de Janeiro, Brazil). We also compile sedimentary, isotopic and microbiological data from post-Marinoan outcrops and/or recent depositional analogues in order to discuss the deposition rate of Marinoan cap dolostones and to infer an estimation of the deglaciation duration in the snowball Earth aftermath. Taken together, the various data point to a sedimentation duration in the range of a few 10(5) years. (C) 2010 Elsevier B.V. All rights reserved.

Global perturbation of the marine Ca isotopic composition in the aftermath of the Marinoan global glaciation

Ca isotopic compositions of Marinoan post-glacial carbonate successions in Brazil and NW Canada were measured Both basal dolostones display delta(44/40)Ca values between 1 and 0 7 parts per thousand overlying limestones show a negative Ca isotope excursion to values around 0 1 parts per thousand and delta(44/40)Ca values rapidly increase up-section to near 2 0 parts per thousand In the Brazilian successions those high delta(44/40)Ca values rapidly decrease and stabilize to values between 0 6 and 0 9 parts per thousand These Ca isotope secular variation trends are unlike those of Sturtian post-glacial carbonate successions but similar to those of Marinoan post-glacial carbonate successions in Namibia suggesting that the perturbation of the marine Ca cycle was global This recommends Ca isotope stratigraphy as a tool to correlate Neoproterozoic post-glacial carbonate successions worldwide While the lowermost and uppermost strata have delta(44/40)Ca values typical of Phanerozoic carbonates the extremes 0 1 and 2 0 parts per thousand have not been thus far reported for other marine carbonates These extreme values suggest a short-lived non-actualistic perturbation in the marine Ca cycle Simple box modelling of the Marinoan post-glacial marine Ca cycle can reproduce the extreme values only by postulating a two-step process with Ca input initially exceeding Ca removal trough carbonate precipitation followed by precipitation overtaking a decreased Ca Input (C) 2010 Elsevier B V All rights reserved

(Table 1) Boron, carbon, magnesium and calcium isotope data, post-Marinoan Neoproterozoic carbonate sections, Namibia

A marked ocean acidification event and elevated atmospheric carbon dioxide concentrations following the extreme environmental conditions of the younger Cryogenian glaciation have been inferred from boron isotope measurements. Calcium and magnesium isotope analyses offer additional insights into the processes occurring during this time. Data from Neoproterozoic sections in Namibia indicate that following the end of glaciation the continental weathering flux transitioned from being of mixed carbonate and silicate character to a silicate-dominated one. Combined with the effects of primary dolomite formation in the cap dolostones, this caused the ocean to depart from a state of acidification and return to higher pH after climatic amelioration. Differences in the magnitude of stratigraphic isotopic changes across the continental margin of the southern Congo craton shelf point to local influences modifying and amplifying the global signal, which need to be considered in order to avoid overestimation of the worldwide chemical weathering flux.

Boron, carbonate carbon and oxygen isotope analyses of samples from the Yangtze Platform (China), Congo craton (Namibia), and Karatau microcontinent (Kazakhstan) of the Marinoan glaciation

Boron isotope patterns preserved in cap carbonates deposited in the aftermath of the younger Cryogenian (Marinoan, ca. 635 Ma) glaciation confirm a temporary ocean acidification event on the continental margin of the southern Congo craton, Namibia. To test the significance of this acidification event and reconstruct Earth's global seawater pH states at the Cryogenian-Ediacaran transition, we present a new boron isotope data set recorded in cap carbonates deposited on the Yangtze Platform in south China and on the Karatau microcontinent in Kazakhstan. Our compiled d11B data reveal similar ocean pH patterns for all investigated cratons and confirm the presence of a global and synchronous ocean acidification event during the Marinoan deglacial period, compatible with elevated postglacial pCO2 concentrations. Differences in the details of the ocean acidification event point to regional distinctions in the buffering capacity of Ediacaran seawater.

The unique skeleton of siliceous sponges (Porifera; Hexactinellida and Demospongiae) that evolved first from the Urmetazoa during the Proterozoic: a review

Sponges (phylum Porifera) had been considered as an enigmatic phylum, prior to the analysis of their genetic repertoire/tool kit. Already with the isolation of the first adhesion molecule, galectin, it became clear that the sequences of sponge cell surface receptors and of molecules forming the intracellular signal transduction pathways triggered by them, share high similarity with those identified in other metazoan phyla. These studies demonstrated that all metazoan phyla, including Porifera, originate from one common ancestor, the Urmetazoa. The sponges evolved prior to the Ediacaran-Cambrian boundary (542 million years ago [myr]) during two major "snowball earth events", the Sturtian glaciation (710 to 680 myr) and the Varanger-Marinoan ice ages (605 to 585 myr). During this period the ocean was richer in silica due to the silicate weathering. The oldest sponge fossils (Hexactinellida) have been described from Australia, China and Mongolia and are thought to have existed coeval with the diverse Ediacara fauna. Only little younger are the fossils discovered in the Sansha section in Hunan (Early Cambrian; China). It has been proposed that only the sponges possessed the genetic repertoire to cope with the adverse conditions, e.g. temperature-protection molecules or proteins protecting them against ultraviolet radiation. The skeletal elements of the Hexactinellida (model organisms Monorhaphis chuni and Monorhaphis intermedia or Hyalonema sieboldi) and Demospongiae (models Suberites domuncula and Geodia cydonium), the spicules, are formed enzymatically by the anabolic enzyme silicatein and the catabolic enzyme silicase. Both, the spicules of Hexactinellida and of Demospongiae, comprise a central axial canal and an axial filament which harbors the silicatein. After intracellular formation of the first lamella around the channel and the subsequent extracellular apposition of further lamellae the spicules are completed in a net formed of collagen fibers. The data summarized here substantiate that with the finding of silicatein a new aera in the field of bio/inorganic chemistry started. For the first time strategies could be formulated and experimentally proven that allow the formation/synthesis of inorganic structures by organic molecules. These findings are not only of importance for the further understanding of basic pathways in the body plan formation of sponges but also of eminent importance for applied/commercial processes in a sustainable use of biomolecules for novel bio/inorganic materials.

A carbon isotope challenge to the snowball Earth

The snowball Earth hypothesis postulates that the planet was entirely covered by ice for millions of years in the Neoproterozoic era, in a self-enhanced glaciation caused by the high albedo of the ice-covered planet. In a hard-snowball picture, the subsequent rapid unfreezing resulted from an ultra-greenhouse event attributed to the buildup of volcanic carbon dioxide (CO(2)) during glaciation(1). High partial pressures of atmospheric CO(2) (p(CO2); from 20,000 to 90,000 p. p. m. v.) in the aftermath of the Marinoan glaciation (similar to 635 Myr ago) have been inferred from both boron and triple oxygen isotopes(2,3). These p(CO2) values are 50 to 225 times higher than present-day levels. Here, we re-evaluate these estimates using paired carbon isotopic data for carbonate layers that cap Neoproterozoic glacial deposits and are considered to record post-glacial sea level rise(1). The new data reported here for Brazilian cap carbonates, together with previous ones for time-equivalent units(4-8), provide p(CO2) estimates lower than 3,200 p. p. m. v.-and possibly as low as the current value of similar to 400 p. p. m. v. Our new constraint, and our reinterpretation of the boron and triple oxygen isotope data, provide a completely different picture of the late Neoproterozoic environment, with low atmospheric concentrations of carbon dioxide and oxygen that are inconsistent with a hard-snowball Earth.

One, two or no record of late neoproterozoic glaciation in South-East Cameroon?

Severe climate changes culminating in at least three major glacial events have been recognized in the Neoproterozoic sedimentary record from many parts of the world Supportive to the global nature of these climatic shifts a considerable amount of data have been acquired from deposits exposed in Pan-African orogenic belts in southwestern and western Africa By comparison published data from the Pan-African belts in Central Africa are scarce We report here evidence of possibly two glacial events recorded in the Mintom Formation that is located on the margin of the Pan-African orogenic Yaounde belt in South-East Cameroon In the absence of reliable radiometric data only maximum and minimum age limits of 640 and 580 Ma respectively can at present be applied to the Mintom Formation The formation consists of two lithostratigraphic ensembles each subdivided in two members (i e in ascending stratigraphic order the Kol Metou Momibole and Atog Adjap Members) The basal ensemble exhibits a typical glacial to post-glacial succession It includes diamictites comprising cobbles and boulders in a massive argillaceous siltstone matrix and laminated siltstones followed by in sharp contact a 2 m-thick massive dolostone that yielded negative delta(13)C values (<-3 parts per thousand. V-PDB) similar to those reported for Marinoan cap carbonates elsewhere However uncertainty remains regarding the glacial influence on the siliciclastic facies because the diamictite is better explained as a mass-flow deposit and diagnostic features such as dropstones have not been seen in the overlying siltstones The Mintom Formation may thus provide an example of an unusual succession of non-glacial diamictite overlain by a truly glacial melt-related cap-carbonate We also report the recent discovery of ice-striated pavements on the structural surface cut in the Mintom Formation suggesting that glaciers developed after the latter had been deposited and deformed during the Pan-African orogeny Striations which consistently exhibit two principal orientations (N60 and N110) were identified in two different localities in the west of the study area on siltstones of the Kol Member and in the east on limestones of the Atog Adjap Member respectively N60-oriented striae indicate ice flow towards the WSW Assigning an age to these features remains problematical because they were not found associated with glaciogenic deposits Two hypotheses can equally be envisaged e either the striated surfaces are correlated (1) to the Gaskiers (or Neoproterozoic post-Gaskiers) glaciation and represent the youngest Ediacaran glacial event documented in the southern Yaounde belt or (2) to the Late Ordovician Hirnantian (Saharan) glaciation thereby providing new data about Hirnantian ice flows in Central Africa (C) 2010 Elsevier Ltd All rights reserved

Fácies e proveniência de depósitos costeiros da Formação Raizama: evidências do registro Ediacarano-cambriano na faixa Paraguai, região de Nobres, Mato Grosso

Rochas siliciclásticas da Formação Raizama, unidade basal do Grupo Alto Paraguai de idade ediacarana-cambriana (635 – 541 Ma), ocorrem distribuídas descontinuamente ao longo da margem sul do Cráton Amazônico e segmento norte da Faixa Paraguai, centro-oeste do Brasil, estado do Mato Grosso. Estas recobrem discordantemente os depósitos de plataforma carbonática do Grupo Araras, onde foram registrados evidências do evento glacial Marinoano (635 Ma). O Grupo Alto Paraguai representa os estágios finais da colisão entre os blocos Amazônico e Paranapanema que culminaram no fechamento do Oceano Clymene (540-520 Ma). A Formação Raizama com espessura de aproximadamente 570 m é constituída por pelitos, arenitos finos a grossos, e arenitos com cimento dolomítico previamente interpretados como depósitos flúvio-costeiros distribuídos nos membros inferior (270 m) e superior (300 m). O estudo faciológico e estratigráfico desta unidade na região de Nobres, Estado do Mato Grosso, foi focado principalmente na seção aflorante de 600 m no leito do rio Serragem, que inclui a Cachoeira da Serra do Tombador. Foram definidas 17 fácies sedimentares, agrupadas em cinco associações de fácies (AF) representativas de uma sucessão costeira progradante iniciando por depósitos de shoreface inferior, os quais recobrem em conformidade correlativa os depósitos de plataforma carbonática da Formação Serra do Quilombo (Grupo Araras). A AF1 consiste em arenitos com laminação plano-paralela e laminação truncada por onda (microhummocky), individualizada por camadas de pelito laminado interpretadas como depósitos de shoreface inferior. Destaca-se na AF1 a primeira ocorrência de níveis centimétricos bioturbados por Skolithos em depósitos neoproterozoicos – cambrianos na Faixa Paraguai. A AF2 é formada por arenitos com estratificação cruzada swaley e estratificação plano-paralela interpretada como depósitos de shoreface superior. A AF3 é composta por arenitos com estratificações cruzadas tangenciais e acanaladas com recobrimentos de siltito/arenito muito fino representativos de depósitos de canal e barras de submaré. A AF4 é caracterizada por arenitos com estratificações cruzadas tangencial e sigmoidal, laminação plano-paralela a cruzadas de baixo-ângulo, ritmito arenito muito fino/siltito com acamamento flaser e gretas de contração, organizados em ciclos métricos de raseamento ascendente de planície de maré. A AF5 é constituída por arenito com estratificação cruzada acanalada marcada por lags residuais na base da associação, arenito com estratificações plano-paralela e cruzada de baixo-ângulo, interpretados como depósitos fluviais distais de rios entrelaçados, parcialmente retrabalhados por ondas. Grãos detríticos de zircão foram obtidos da AF3 e datados pelo método U-Pb, sendo a idade de 1001±9 Ma interpretada como a idade de máxima deposição da Formação Raizama. Aliado a tal análise, as paleocorrentes NE-SE mostram que estes grãos teriam como áreas fontes principais a Faixa Sunsás, SW do Cráton Amazônico, não sendo descartada contribuições oriundas da parte NW desse Cráton. A idade mesoproterozóica obtida serviu principalmente para desvendar a proveniência da Formação Raizama, enquanto que as datações da base do Grupo Araras, em torno de 627-622 Ma, associada à presença inequívoca do icnogênero Skolithos, tornam esta unidade muito mais próxima do limite com o Cambriano Inferior. Traços fósseis do Proterozoico são caracterizados quase que exclusivamente por traços horizontais, sendo que bioturbações verticais praticamente são ausentes ao longo do Neoproterozoico. Esta inferência vem de encontro com a idade máxima de 541 Ma obtida para a Formação Diamantino, a qual recobre a unidade estudada. Os dados radiométricos aliados com as interpretações paleoambientais, que incluem o registro das primeiras atividades de organismos perfurantes na Faixa Paraguai, abrem perspectivas de entender com maiores detalhes a sequência de eventos que tipificam os estratos do limite Ediacarano-Cambriano do Brasil, ainda pouco conhecidos.

A capa carbonática do sudoeste do cráton amazônico, estado de Rondônia: nova ocorrência e extensão dos eventos pós-glaciação marinoana (635 Ma)

Na porção oeste da Bacia dos Parecis, Estado de Rondônia, inserida no sudoeste do Cráton Amazônico, rochas carbonáticas expostas nas bordas dos grábens Pimenta Bueno e Colorado têm sido consideradas como parte do preenchimento eopaleozoico da bacia. A avaliação das fácies/microfácies e quimioestratigrafia dessas rochas nas regiões de Chupinguaia e Pimenta Bueno, confirmou a ocorrência de dolomitos rosados que sobrepõem, em contato direto, diamictitos glaciais previamente interpretados como depósitos de leques aluviais. Trabalhos prévios reportaram excursão negativa de δ¹³C, também confirmados neste trabalho, com variações entre -4.6 e -3,8‰VPDB em Chupinguaia e média de - 3,15‰VPDB em Pimenta Bueno. Esse padrão, de sedimentação e quimioestratigráfico, ausente nas rochas paleozoicas, é comumente encontrado nos depósitos carbonáticos anômalos do Neoproterozoico. No sul do Cráton Amazônico, Estado do Mato Grosso, rochas com essas mesmas características são descritas como capas carbonáticas relacionadas à glaciação marinoana (635 Ma). Neste trabalho, consideramos que os dolomitos rosados sobre diamictitos, em Rondônia, fazem parte do mesmo contexto das capas carbonáticas encontradas no Mato Grosso. Adicionalmente, destaca-se o contato brusco e deformado do dolomito sobre o diamictito, presente em ambas as ocorrências, configurando-se uma das feições típicas das capas carbonáticas do Cráton Amazônico. Essa relação paradoxal, entre diamictito e dolomito, tem sido interpretada como produto da mudança rápida das condições atmosféricas de icehouse para greenhouse, e a deformação da base foi gerada pelo rebound isostático. A capa carbonática de Rondônia compreende duas associações de fácies (AF2 e AF3) que recobrem depósitos glacio-marinhos compostos por paraconglomerados polimíticos (Pp), e arenito seixoso laminado (Asl), da AF1. A AF2 consiste em dolomudstone/dolopackstone peloidal com laminação plana a quasi-planar e com truncamentos de baixo-ângulo (fácies Dp), megamarcas onduladas (fácies Dm) e laminações truncadas por ondas (fácies Dt), interpretada como depósitos de plataforma rasa influenciada por ondas. Esta sucessão costeira é sucedida pela AF3, que compreende as fácies: dolomudstone/dolopackstone e dolomudstone/dolograinstone com partição de folhelho (Df) e siltito laminado (Sl). A fácies Df compreende um pacote de 6 metros de dolomito com partição de folhelho, apresentando lâminas de calcita fibrosa (pseudomorfos de evaporito) e dolomitos com laminações onduladas de corrente. Sobrejacente à fácies Df, ocorre a fácies Sl, apresentando 5 metros de siltito argiloso com laminação plana. Esta associação é interpretada como depósitos de plataforma rasa influenciada por maré, sendo sobreposta discordantemente, em contato angular, por depósitos glaciais do Eopaleozoico. Os valores isotópicos de C e O são negativos e refletem o sinal primário do C. No entanto, pode-se considerar uma leve influência da diagênese meteórica no sinal. As principais quebras nos sinais negativos podem estar associadas à influência meteórica, expressa pela substituição e preenchimento de poros por calcita e pela proximidade de superfícies estratigráficas, os quais refletem alguns padrões de alteração diagenética, representados nos sinais mais negativos. Diferentemente da capa carbonática do Mato Grosso, a capa de Rondônia possui níveis de pseudomorfos de evaporito e dolomitos com partição de folhelho (ritmito), em sucessão de fácies marinha rasa, onde os dolomitos de plataforma rasa influenciada por ondas passam para ritmitos e siltitos de plataforma rasa influenciada por maré (zona de inframaré), configurando uma sucessão retrogradante. Esta nova ocorrência de capa carbonática modifica a estratigrafia da base da Bacia dos Parecis, ao passo que exclui essas rochas carbonáticas da sequência eopaleozoica. Além disso, fornece informações que permitem reconstruir melhor a paleogeografia costeira da bacia neoproterozoica que acumulou os depósitos da plataforma carbonática do Grupo Araras, bem como estende os eventos pós-marinoanos ligados à hipótese do Snowball/Slushball Earth para o sudoeste do Cráton Amazônico, exposto no Estado de Rondônia.

Depósitos carbonáticos de Tangará da Serra (MT): uma nova ocorrência de capa carbonática neoproterozóica no sul do Cráton Amazônico

Capas carbonáticas se traduzem num dos mais importantes depósitos relacionados ao final das glaciações globais neoproterozóicas. Na região de Tangará da Serra, margem sul do Cráton Amazônico, foi descrita uma sucessão carbonática neoproterozóica de aproximadamente 20 m de espessura que inclui o topo da Formação Mirassol d'Oeste e a base da Formação Guia, respectivamente as capas dolomítica e calcária da base do Grupo Araras. A capa dolomítica é composta por dolograisntones peloidais rosados com laminação plano paralela e truncamentos de baixo ângulo, interpretados como registros de uma plataforma rasa a moderadamente profunda. A capa calcária consiste em siltitos maciços e laminados e calcários finos cristalinos com acamamento de megamarcas onduladas, interpretados como depósitos de plataforma mista moderadamente profunda dominada por ondas. Calcários finos cristalinos com laminação ondulada/marcas onduladas e leques de cristais (pseudomorfos de aragonita) intercalados com folhelhos foram interpretados como depósitos de plataforma profunda e supersaturada em CaCO₃. Calcários com estruturas de escorregamento (slump), laminações convolutas e falhas sin-sedimentares caracterizam depósitos de talude e diques neptunianos, preenchidos por brechas calcárias, e camadas deformadas isoladas sugerem atividade sísmica durante a sedimentação. A sucessão carbonática de Tangará da Serra estende a ocorrência de capas carbonáticas no sul do Cráton Amazônico e corrobora com a presença de uma extensa plataforma carbonática formada durante a transgressão após a glaciação Puga correlata ao evento Marinoano.

Mo isotopic composition of the mid-Neoproterozoic ocean: an iron formation perspective

The Neoproterozoic was a major turning point in Earth's surficial history, recording several widespread glaciations, the first appearance of complex metazoan life, and a major increase in atmospheric oxygen. Marine redox proxies have resulted in many different estimates of both the timing and magnitude of the increase in free oxygen, although the consensus has been that it occurred following the Marinoan glaciation, the second globally recorded “snowball Earth” event. A critically understudied rock type of the Neoproterozoic is iron formation associated with the Sturtian (first) glaciation. Samples from the <716 Ma Rapitan iron formation were analysed for their Re concentrations and Mo isotopic composition to refine the redox history of its depositional basin. Rhenium concentrations and Re/Mo ratios are consistently low throughout the bottom and middle of the iron formation, reflecting ferruginous to oxic basinal conditions, but samples from the uppermost jasper layers of the iron formation show significantly higher Re concentrations and Re/Mo ratios, indicating that iron formation deposition was terminated by a shift towards a sulfidic water column. Similarly, the δ98Mo values are close to 0.0‰ throughout most of the iron formation, but rise to ~+0.7‰ near the top of the section. The δ98Mo from samples of ferruginous to oxic basinal conditions are the product of adsorption to hematite, indicating that the Neoproterozoic open ocean may have had a δ98Mo of ~1.8‰. Together with the now well-established lack of a positive Eu anomaly in Neoproterozoic iron formations, these results suggest that the ocean was predominantly oxygenated at 700 Ma.