Paleosols are unique recorders of physical and chemical processes at the
interface between rocks and the atmosphere, hydrosphere and biosphere. Their
capacity to record atmospheric and hydrologic conditions allows them to serve
as information archives on past environments. Archean paleosols are, due to
deformation, metamorphism and limited outcrop, commonly difficult to recognize
and characterize, though the number of findings has increased remarkably over
recent decades. Well-preserved Paleoarchean terrestrial strata are currently
known only from in the Pilbara Block, northwestern Australia and the Barberton
Greenstone Belt (BGB), southern Africa. This study describes the widespread
occurrence of early diagenetic to pedogenic nodules that formed in
unconsolidated sandy sediments in fluvial and coastal settings of the ~3.22 Ga
old Archean Moodies Group, BGB, South Africa. They appear stratiform, in
places rock-forming, in several regionally traceable units composed of
megaquartz pseudomorphs after gypsum, barite and calcite. Nodule growth was
dominated by seasonal fluctuations of the groundwater level under evaporitic
conditions. The nodules likely represent the oldest terrestrial evaporites
known to date. Their formation and composition constrain the local occurrence
of sulfate in the Archean atmo- and hydrosphere and its interaction with the
emerging biosphere, the Archean weathering regime, local climate and vadose-
zone hydrodynamics. The nodules are interbedded with mm-thick heavy mineral
laminations, mainly composed of pyrite. Pyrite grains show rounded detrital
cores corroded by pore fluids related to pedogenic nodule formation and
secondary idiomorphic rims which grew under reducing conditions. The trace
element concentrations (Ni and Co) and δ34S ratios of the rims are clearly
different from those of the cores. While cores have low Co and Ni
concentrations, rims show up to 5.5 wt.-% of these elements. In-situ sulfur
isotope analyses of pyrite cores show δ34SVCDT values between +5‰ and -5‰
while the rims show δ34SVCDT values between -20‰ and -24.5‰, suggesting a
biogenic fractionation of sulfur. The close spatial association and nearly
contemporaneous formation of pedogenic sulfate and secondary pyrite is
consistent with microbial sulfur processing in the paleosols. This indicates
that Archean soil-forming processes involved not only physical and chemical
but also biological modification of unconsolidated sediment. Microbial life
was already pervasive in terrestrial environments more than 3.2 Ga ago. The
~3.3-3.2 Ga old Sheepbed Member of the Yellowknife Bay Formation in Gale
crater on Mars contains a number of diagenetic features, amongst which nodules
are considered to be of early diagenetic origin. The nodules show solid,
hollow and filled morphologies similar to those of the approximately
contemporaneous paleosols of the lower Moodies Group. They formed pedogenic to
early diagenetic under similar conditions. Moodies nodules are therefore an
excellent Earth analog for the formation of the Sheepbed nodules on Mars. The
S-isotope data, documenting the involvement of biogenic processes in the
formation of the Moodies nodules, strengthens the case for the possibility of
extraterrestrial life on Mars. Although Martian pyrite grains and their
S-isotopic composition cannot be analyzed using the technical instrumentation
of Curiosity, their possible existence and isotopic composition should be of
high scientific interest.Paleoböden sind hervorragend geeignet, um physikalische und chemische Prozesse
an der Schnittstelle zwischen Gestein, Atmo-, Hydro- und Biosphäre zu
dokumentieren; sie dienen als Informationsspeicher der Vergangenheit.
Archaische Paleoböden sind aufgrund von Deformation, Metamorphose und
limitierter Aufschlüsse schwer zu erkennen und zu charakterisieren. Gut
erhaltene palaeoarchaische, terrigene Abfolgen sind derzeit lediglich aus dem
Pilbara Block, Nordwest-Australien, und dem Barberton Greenstone Belt (BGB) im
südlichen Afrika bekannt. Diese Arbeit beschreibt kartierbare,
frühdiagenetische bis pedogene Konkretionen, die sich in Sanden fluviatiler
Küstenebenen der ~3.22 Ga alten Moodies-Gruppe des BGB in Südafrika bildeten.
Sie treten stratiform, teilweise gesteinsbildend auf und bestehen aus
Megaquarz-Pseudomorphosen nach Gips, Baryt und Kalzit. Verwitterung von
Feldspäten und tuffigem Material lieferte alkalische Kationen wie Ca2+ und
Ba2+ während Karbonat wahrscheinlich durch Silikatverwitterung mafischer
Vulkanite im Kontakt zur CO2-reichen Atmosphäre entstand. Das
Konkretionswachstum war dominiert von saisonalen Fluktuationen des
Grundwasserspiegels unter evaporitischen Bedingungen. Die Konkretionen
repräsentieren die ältesten bisher bekannten terrestrischen Evaporite. Ihre
Entstehung und Zusammensetzung belegen das lokale Auftreten von Sulfat in der
archaischen Atmo- und Hydrosphäre, ihre Wechselwirkung mit der entstehenden
Biosphäre, dem Verwitterungsregime, dem lokalen Klima und der Hydrodynamik der
vadosen Zone. Die Konkretionen sind mit mm- dünnen, überwiegend aus Pyrit
bestehenden Schwerminerallaminae wechselgelagert. Diese Pyrite zeigen
gerundete, durch Porenwässer korrodierte, detritische Kerne, und idiomorphe
Anwachssäume, welche unter reduzierenden Bedingungen entstanden. Die
Spurenelement-Gehalte (Ni und Co) und δ34S Verhältnisse der Säume
unterscheiden sich deutlich von denen der Kerne. Während die Kerne niedrige
Co- und Ni-Gehalte zeigen, enthalten die Säume bis zu 5,5 Gew.-% dieser
Elemente. In-situ Schwefelisotopen- Analysen der Kerne zeigt δ34SVCDT Werte
zwischen +5‰ und -5‰, während die Säume Werte zwischen -20‰ und -24.5‰
aufweisen und damit auf biogene Fraktionierung des Schwefels hindeuten. Die
räumliche Nähe und fast zeitgleiche Entstehung pedogener Sulfate und
sekundären Pyrits deutet auf mikrobielle Schwefel-verarbeitung in den
Paläoböden hin, und zeigt, dass bodenbildende Prozesse im Archaikum nicht nur
physikalische und chemische, sondern auch biogene Veränderungen umfassten.
Mikrobielles Leben war in den terrestrischen Ablagerungsräumen vor 3.2 Ga
bereits fest verankert. Die ~3.3-3.2 Ga alte Sheepbed-Lage der Yellowknife Bay
Formation (Gale Crater, Mars) enthält mehrere diagenetische Ausbildungen,
unter denen die Sheepbed Nodules als frühdiagenetisch gelten. Die Nodules
haben (ähnlich zu den Konkretionen der Moodies Gruppe) drei morphologisch
unterschiedliche Ausprägungen: massiv, hohl und hohl, aber gefüllt. In beiden
Orten entstanden sie pedogen bis frühdiagenetisch unter ähnlichen Bedingungen.
Die Moodies-Konkretionen sind deshalb ein exzellentes Erd-Analog für die
Sheepbed Nodules auf dem Mars. Frühdiagenetischer Pyrit, der mit diesen
Nodules, assoziiert sein könnten, ist mit der instrumentellen Ausstattung von
Curiosity nicht belegbar. Seine Isotopie wäre analog zur Moodies-Gruppe, von
hohem wissenschaftlichen Interesse
