Paleoenvironmental reconstruction based on sediment geochemistry

Abstract

Major and trace elements, as well as rare earth element (REE) compositions of sediment, provide important information on paleoenvironmental conditions, including weathering processes, provenance, tectonic settings, and redox conditions. This study focused on interpreting paleoenvironments using the geochemical compositions of sediments from two distinct geological settings: Gale Crater on Mars and the Montney Formation in Canada. It was hypothesized that sediment geochemistry could be used to interpret chemical weathering history, and the possible influence of climatic fluctuations was considered feasible on Mars. Therefore, this study focused on analyzing chemical weathering history to characterize the past environment of Gale Crater. To this end, the relationship between temperature and the degree of weathering inferred from weathering indices was evaluated and applied to a compilation of published datasets from Gale Crater sediments. In the Montney Formation, which allows for more diverse analyses, depositional environments were interpreted through integrated analysis of geochemistry and mineralogy, considering not only chemical weathering intensity but also provenance and tectonic setting. Although the chemical weathering indices had distinct characteristics, they showed strong correlations in this study and were considered to reflect the weathering characteristics of the sediments effectively. However, the influence of secondary factors, such as source rock composition and post-depositional alteration, should also be considered. Therefore, this study underscores that geochemical proxies are valuable tools for paleoenvironmental interpretation, emphasizing the importance of integrated analysis of various geochemical proxies.|주원소, 미량원소, 희토류 원소 조성과 이를 기반으로 한 다양한 지수는 퇴적암의 풍화 정도, 기원지, 조구조 환경 및 산화환원 조건을 반영하는 지시자로 활용된다. 본 연구는 화성의 게일 크레이터(Gale Crater)와 캐나다의 전기 트라이아스기 몬트니층(Montney Formation)이라는 두 개의 상이한 지질학적 환경에서 퇴적물의 지화학 조성을 이용해 고환경을 해석하고자 하였다. 화성에서도 지화학 조성을 통해 화학적 풍화의 역사와 기후 변동을 해석할 수 있을 것으로 판단하고, 화학적 풍화 지수를 중점적으로 게일 크레이터의 퇴적환경 특성을 분석하였다. 이를 위해 풍화 강도 변화와 기후 간의 상관관계를 평가하고, 게일 크레이터 퇴적물의 데이터 세트에 적용하였다. 더욱 다양한 분석을 진행할 수 있는 몬트니층에서는 주원소와 희토류 원소 패턴 및 미량원소 조성을 이용하여 화학적 풍화 강도뿐만 아니라 기원암 조성 및 조구조 환경을 포함한 퇴적 환경을 해석하였다. 화학적 풍화 지수는 그 특성이 다양하여 적용 시 주의가 필요하지만, 본 연구에서 높은 상관관계를 보이며 퇴적물의 풍화 특성을 잘 반영하는 것으로 판단되었다. 그러나, 기원암의 조성이나 퇴적 후 변질작용 등 이차적인 요인의 영향을 고려할 필요가 있다. 본 연구는 지화학적 지시자들이 고환경 해석에 유용한 도구임을 보여주며, 다양한 지화학적 프록시들의 통합적 해석이 중요함을 강조한다.