When did Earth really became Earth? Olemme oppineet aurinkokunnan muodostumisesta ja maan muodostumisen varhaisimmista vaiheista tapaustutkimuksessa, jossa tutkitaan tähtisumuteoriaa ja aurinkokunnan muodostumista. Varhainen maa kasvoi törmäys-ja kertymisprosessissa tähtisumumaisesta aineksesta, jonka koko vaihteli avaruuspölystä planetesimaaleihin, joista jotkin olivat ehkä yhtä suuria kuin pikkuplaneetat. Olemme ajoittaneet maan 4,567 miljardiin vuoteen (Ga) meteoriittien lyijyisotooppitietojen perusteella . Meteoriitit ovat ”aineksia”, jotka muodostivat maan ja muut maanpäälliset planeetat. Tämä” maan synty ” – ajankohta on määrätty kertymisen alkamiseen, ei siihen kohtaan, jossa Maa oli suureksi osaksi saavuttanut täyden, kertyneen massansa .

maan geologisen ajan ensimmäisen Eonin nimi on sopivasti ”Hadean” viitaten Haadekseen, kreikkalaisessa mytologiassa Manalan Jumalaan. Hadean kuvataan usein ”helvetiksi maan päällä”, aikaan jolloin vallitsi äärimmäisen vihamielinen ympäristö, jonka pinnalla kiehuivat magmameret ja nuorta planeettaa ympäröivät myrkylliset kaasut ja höyry. Ehkä oheinen kuva on vertaus. Tässä äärimmäisessä ympäristössä mikään elämä, sellaisena kuin me sen tunnemme, ei voisi mitenkään selviytyä.

so when can we say, ”there you have it – Earth is now Earth!”? Ehkä jos löytäisimme ensimmäisen maan pinnalle muodostuneen kiven, voisimme määrittää maan todellisen iän kiinteän pinnan syntymiseksi.

Hadeanin geologinen aikajänne ei sisällä aikakausia tai kausia, koska tiedämme tapahtuneesta niin vähän, koska maan aineksesta on jäljellä vain pikkuruisia palasia. Hadean, sellaisena kuin se näkyy geologisessa aikaskaalassa alla, osoittaa, että sen alku on likimääräinen. Pieni kello, joka sijaitsee ajan jakaumissa asteikon oikealla puolella Hadealaisen yläpuolella, osoittaa, että valitut päivämäärät ovat jokseenkin mielivaltaisia geologien tutkiessa edelleen jäänteitä mineraali-ja kiviaineksista.

maan sisäosien erilaistuminen

mitä todisteita meillä on maan muokkaustapahtumista Hadeanissa? Planetaariset geologit teorioivat, että maan muodostumisvaiheen loppupuolella, 4,5 – 4,6 Ga, maata pieksivät suuremmat, planetesimaalin kokoiset avaruusromut. Planetesimaalit olivat muita” haluttuja ” planeettoja, jotka matkustivat samalla kiertoradalla kehittyvän maan kanssa. Ne olivat itsessään massiivisia, mutta kehittyvä maa oli suurempi ja kykeni kestämään niiden iskut ja pysymään ehjänä. Näiden massiivisten törmäysten energia sulatti nuoren planeetan pinnan, mikä johti laajojen ” magmamerien muodostumiseen.”Epävakaiden alkuaineiden energeettinen radioaktiivinen hajoaminen lisäsi lämmöntuotantoa varhaisen maan sisältä. Tämä sisä-ja ulkolämmön tuplamyrsky on saattanut sulattaa koko planeetan tai muuttaa sen paksuksi, loskaiseksi massaksi erittäin konvektiivista sulaa kiviainesta. , .

Tämä mahdollisti maan ja muiden aurinkokuntamme kehittyvien planeettojen erilaistumisprosessin, jossa raskaimmat, siderofiiliset (rautaan liittyvät) alkuaineet vaelsivat kohti keskusydintä, kun taas kevyemmät litofiiliset (litosfääriin keskittyneet) alkuaineet nousivat kohti pintaa. Eriytyminen tapahtui hyvin nopeasti geologisen ajan suunnattomuuteen nähden-useiden kymmenien miljoonien vuosien kuluessa. Eriytyminen ei ollut koko planeetan sisäosien tukkumyyntiä, vaan enemmänkin siderofiilisten alkuaineiden suodattumista loskaisen magmameren läpi (KS.kuva alla).

maanjäristysten tuottamien seismisten aaltojen analysointi on auttanut ymmärtämään nykymaaseudun eri syvyyksissä olevien materiaalien tiheyseroja ja suhteellista koostumusta. Nämä seismiset aaltojen nopeusanalyysit lähes 100 viime vuoden ajalta ovat antaneet meille hyvin selkeän kuvan maapallon kerrostuneesta sisuksesta .

maan ensimmäinen kuori

erilaistumisen edetessä pinnan valoelementillä rikastunut magmameri altistui avaruuden kylmyydelle ja ohut, varhainen kuori alkoi muodostua. Meteorit, asteroidit ja komeetat jatkoivat iskuaan hidastumatta, puhkaisivat varhaisimman kuoren ja päästivät aivan alla piilevän magman jälleen virtaamaan. Tämän varhaisimman kuoren koostumus muistutti hyvin harvinaista ultramafista kiveä komatiittia, vulkaanista kiveä, joka koostuu suurelta osin oliviinimineraalista. Komatiitit ovat maapallon kiviaineksissa hyvin harvinaisia, rajoittuen lähes kokonaan Arkean aikaiseen kiveen. Komatiitit olivat suurelta osin peräisin nuoren maan hyvin kuumasta vaipasta ja kerääntyivät pinnalle laavaksi. Kun maa jatkoi jäähtymistään ja vaippa jähmettyi, pinnalle on noussut erittäin ultramafista magmaa, joka on ollut harvinaista.

magman koostumuksen nopea tarkastelu

erilaistuminen tuotti rautavaltaisen sisä-ja ulkoytimen sekä silikaattivaltaisen kiviaineksen vaipan ja lopulta kuoren. Silikaatit ovat mineraaleja, jotka koostuvat suurelta osin piistä ja hapesta, jotka ovat sitoutuneet yhteen muiden litofiilisten alkuaineiden kuten alumiinin, kalsiumin, kaliumin, natriumin ja magnesiumin kanssa. Kaikki rauta ei siirtynyt ytimeen. Varhaisella Hadeanilla maata pommitti jatkuvasti avaruusromu, joka sisälsi vaihtelevissa prosenteissa kaikkia maan luonnollisia alkuaineita. Voimme ajatella magmameren koostumuksen olevan piidioksidia (pii ja happi) hallitsevaa ja suhteellisen homogeenista. Ensimmäinen kuori, joka koostui komatiitista, edusti tätä koostumusta. Tämä silikaattimössön muodostama valtameri toi syvästä magmamerestä muodostuneita diapiirejä (kohoavia pisaranmuotoisia möykkyjä) kohti pintaa, jossa se yhdistyi ja jäähtyi paksuina komatiittimassoina. Nämä raskaat, tiheät komatiittimassat valuivat takaisin magmamereen kierrätettäväksi. Tämä uudelleensulatusprosessi eristi varhaista kuorta entisestään. Eddys konvektoivan magman lähellä pintaa sulatti osittain komatiitin. Tämä ”osittainen sulaminen” oli enemmän piidioksidirikasteista, koska komatiitin mineraalit, joissa oli eniten piidioksidia, sulaisivat ensimmäisenä (katso Bowenin reaktiosarjaa koskeva keskustelu tämän prosessin ymmärtämiseksi). Tätä kutsutaan” kehittyneeksi magmaksi”, joka ei ole primäärinen, vaan uudelleen sulatettu ja kvartsirikasteisempi. Piidioksidilla rikastetut magmat ovat tiheydeltään matalampia ja kelluvampia, ja niiden voi kuvitella nousevan pinnalle kuin jäätelö rootbeer-kellukkeessa. Tämä magman kehitys johtaa siihen, että nykyään magmakivien luokittelussa havaitsemme erilaisia koostumuksia. Huomaa, Missä komatiitti näkyy alla olevassa kaaviossa. Magman evoluution edetessä koostumus rikastuu entisestään, jolloin syntyy magmaa, joka muuttuu koostumukseltaan yhä” felsisemmäksi”.

sainko sen?

The Hadean

Start Quiz

Question

Your answer:

Correct answer:

maan vanhimmat kivet

siitä, mikä seurasi ohuen, sekavan, komatiittisen maankuoren muodostumista, on paljon väittelyä ja kiihkeän geologisen tutkimuksen alue. Tietoa varhaisimman kuoren kehityksestä ei tiedetty ennen Hadeanaikaisten zirkonien löytymistä Jack Hillsin alueelta Lounais-Australiasta (KS.kartta). Zirkoni on pieni, kestävä mineraali, jonka kemiallinen kaava on ZrSiO4. Se on yleinen felsinen kiviaines, jonka koostumus muistuttaa mannerkuorta, kuten graniittia. Se ei ole basaltin tavoin tavallinen valtamerikuoren kiviaines eikä esiinny kuoren varhaisimmassa kivessä, komatiitissa.

1980-luvun puolivälissä kenttägeologit ottivat näytteitä metamorfoituneesta sedimenttikivestä (metaconglomerate) Jack Hillsistä. Metakonglomeraatti on ajoitettu arkeaan, noin 3,6 Ga. Metakonglomeraatin sisällä olevat detritaaliset sedimenttihiukkaset ovat tietenkin vanhempia kuin niiden Laskeuma Sorana. Alkuperäisen konglomeraatin laskeuman ympäristön arvellaan olevan alluviaalifani, jossa vuorten rapautumisesta ja eroosiosta peräisin oleva sedimentti siirtyi veden mukana ja kerrostui viereiseen laaksoon. Metakonglomeraatista erotettiin pieniä zirkonikiteitä analyysia varten. Zirkonit olivat alun perin osa kalliota, joka muodosti nämä varhaisemmat vuoret. Näiden vuorten jäänteitä ei ole löydetty, ja ne ovat mitä todennäköisimmin hävinneet maan pinnalta eroosion vaikutuksesta.

Zirkoni on pieni mutta mahtava mineraali. Se on yksi maan pienistä ajanvaraajista. Zirkoni muodostuu tyypillisesti magman kiteytymisen aikana, jossa radioaktiivinen uraani voi korvata zirkoniumin mineraalihilassa. Kiteytymisen jälkeen radiometrinen kello alkaa tikittää. Epävakaat radioaktiiviset uraaniatomit hajoavat prosessissa, joka tunnetaan nimellä ” hajoaminen.”Atomit menettävät subatomisia hiukkasia ja säteilevät energiaa. Hiukkashäviö sisältää protonien määrän vähenemisen, joka lopulta muuttaa uraanin lyijyksi. Tämän hajoamisen nopeus on hyvin tunnettu, ja tutkijat voivat hyvin tarkasti ajoittaa Zirkoni. Radiometrinen dating analyysi Jack Hills detrital Zirkoni jyvien tuotto päivämäärät niin vanha kuin 4.404 Ga! Tämä on vanhin tähän mennessä löydetty maa-aines, joka on muodostunut vain ~150 Ma maan syntymisen jälkeen. Uskomatonta!!! Tämä kertoo meille, että noiden 150 miljoonan vuoden aikana koko maapallo oli suurelta osin muodostunut, sen sisäosat erilaistuneet, se jäähtyi niin paljon, että siinä oli kiinteä komatiittikuori, ja uudelleen sulattamalla syntyi kehittynyttä magmaa, jossa Zirkoni kiteytyi kiinteään kiveen, joka vastasi nykyisen mannerkuoremme koostumusta. Vau!!! (Zirkonin ajoitusmenetelmää käsitellään yksityiskohtaisemmin geologista aikaa käsittelevässä luvussa).

tämä löytö on merkittävästi edistänyt ymmärrystämme Hadealaisten ympäristöstä ja kuoren kehityksestä Hadeanin aikana. Zirkonin löytyminen tarkoittaa sitä, että maan olemassaolon ensimmäisten satojen miljoonien vuosien aikana oli olemassa koostumukseltaan vaihteleva kuori, josta osa oli koostumukseltaan felsisempää, hyvin paljon nykyisen mannerkuoren kaltaista. Tämä antaa merkittävän käsityksen hadeanin prosesseista, sillä tällaista kivilajia muodostuu ja reformoidaan jatkuvasti mannerlaattojen avulla.

Zirkonin happi-isotooppitietojen analysointi on paljastanut vielä uskomattomampia todisteita ympäristöstä, joka oli olemassa hyvin varhaisen Hadeanin aikana. Hapella on useita isotooppeja, joista 16O on runsaimmillaan 8 protonia ja 8 neutronia, joita esiintyy ytimessä. 17O ja 18O ovat myös paljon harvinaisempia. 18O tiivistyy vesiympäristössä, kuten valtamerissä, sillä kevyemmät 17O ja 16O haihtuvat mieluiten. Analyysi suhteelliset määrät eri isotooppien happea 16O ja 18O (suhde merkitään pienellä Kreikan delta δ18O) Jack Hills Zirkoni vinossa kohti ”raskas” 18O, toisin kuin yleisempi ”kevyt” 16O. tämä raskas happi allekirjoitus rock on osoitus siitä, että se muodostuu viileä, märkä, sedimenttiprosessit maan pinnalla. Näin ollen magman, josta zirkonit lopulta syntyivät, on arveltu muodostuneen muinaisen meren pohjaan kertyneistä sedimenteistä . Sen lisäksi, että hyvin nuori maa kykeni tekemään felsistä koostuvaa kuorta, se oli myös tarpeeksi viileä, jotta valtamerissä oli nestemäistä vettä. Nämä ovat yllättävän tuttuja johtopäätöksiä” helvetillisestä ” nuoresta planeetasta.

Hadeanaikaisen Zirkonin löytymisen jälkeen Jack Hillsin alueelta Australiasta on löydetty myös muita detritaalisia zirkoneita Arkeanaikaisesta kivestä muualta maailmasta. Katso kartta oikealla.

sainko sen?

Jack Hills Zircon

Start Quiz

Question

Your answer:

Correct answer:

akasta Gneiss-kompleksi

kun taas Jack Hills detrital zirkonit kertovat, että kiviä oli varmasti noin 4.404 Ga, todellisia kiviä, jotka vanhoja ei ole vielä löydetty. Tiedeyhteisössä onkin jonkin verran kiistaa siihen mennessä löydetyistä vanhimmista kivilajeista. Acasta Gneiss kompleksi sijaitsee Slave Craton Luoteis Kanadassa (katso kartta Archean Kratons, edellä) säilyttää vanhin kiistämätön isotooppisesti ajoitettu Kivi näin löydetty missään maapallolla. Tämä kompleksi sisältää erilaisia erittäin epämuodostuneita ja metamorfoituneita tonaliitti-trondhjemiitti-granodioriitti (TTG) – kivilajeja. Tätä kivityyppiä käsitellään tarkemmin tapaustutkimuksessa Greenstone Belts, Primordial Tektonics. TTGs muistuttaa graniittia, jossa on joitakin kemiallisia ja mineralogisia eroja. Ne ovat tyypillisiä magmakiviä, joita syntyy tunkeilevina kappaleina tektonisesti aktiivisilla mannermaisilla reunoilla nykyään.

akasta gneissi on ajoitettu käyttäen U / Pb-isotooppiajoitusmenetelmiä zirkoniin, joka on muodostunut näiden kivien kiteytyessä niiden alkuperäiseen magmaympäristöön. Zirkonin esiintyminen magmakivessä osoittaa, että magma on ”kehittynyt” – se on muodostunut olemassa olevan kiven uudelleensulatuksessa. Isotooppiajoista saadaan useita eri intrusiivisia magmaattisia tapahtumia, joiden ikä vaihtelee 2,94 Ga: n ja 4,02 Ga: n välillä. Vanhin gneiss-kompleksiin kirjattu magmamaisen aktiivisuuden jakso tapahtui 3.92-4.02 Ga: n välillä, joka sijoittuu geologisella aikaskaalalla sattumanvaraiseen Hadean/Eoarkean jakoon (yllä).

Interpretation of the Acasta Gneiss zircon ages provides verification that continental crust in the Hadean. Laaja geokemiallinen analyysi monista eri isotooppipareista ja alkuaine/isotooppipitoisuusvertailu ovat johtaneet tulkintaan, että vanhin Acasta Gneiss-kompleksin kivilajeista on peräisin mafisen Hadeaanikuoren osittaisesta sulamisesta, joka oli 4,3 miljardia vuotta vanha .

Nuvvuagittuqin Vihreäkivivyöhyke

kiven iänmääritys Nuvvuagittuqin Vihreäkivivyöhykkeeltä (NGB) on ollut kiistanalainen, mutta jos se hyväksytään, se saattaa itse asiassa tarjota välähdyksen maapallon varhaisimmasta kuoresta. (Lue lisää Viherkivivöistä täältä). NGB sijaitsee Pohjois-Quebecissä Hudsoninlahden itärannalla (katso Archean Cratonin kartta yllä). Metamorfinen mafinen ja ultramafinen vulkaaninen kivi hallitsevat NGB: tä. Se, että nämä ovat vulkaanisia kiviä, jotka ovat purkautuneet muinaisessa meressä, on dokumentoitu laavatyynyjen läsnäolosta. Veden alla purkautuva laava muodostaa huomiota herättäviä tyynyn muotoja, kun kuori jähmettyy hetkessä tihkuvan laavan ympärille, kun se purkautuu veden alla.

toinen NGB: hen kuuluva kivilaji on nauhamainen rautamuodostuma. BIF: t (kuten ne hellästi tunnetaan) ovat sedimenttikivilajeja, jotka viittaavat myös merelliseen ympäristöön, kun nämä sedimenttiset rautamineraalit muodostuvat ja laskeutuvat vesipatsaasta. (Lue lisää BIFs: n muodostumisesta täältä). NGB: n sisällä esiintyy myös intrusiivisia mafisia ja ultramafisia patoja.

NGB: tä rajoittaa tonaliittina tunnettu felsinen tunkeileva Kivi (katso kartta alla). Sekä NGB: tä että tonaliittia halkoo samantyyppinen felsinen kivi, jota kutsutaan pegmatiitiksi. Tonaliitti ja pegmatiitti tunkeileva elinten sisältää Zirkoni tarvitaan U / Pb radiometrinen dating joka on antanut tarkka päivämäärä 3.77 Ga. Koska intrusiivikiven ja NGB: n välinen suhde on monialainen, tämä antaa NGB: lle vain 3,77 Ga: n alaikärajan . Lisätutkimukset ovat tarpeen, jotta voidaan ymmärtää enimmäisikä.

NGB: n vihreäkiviset kivet ovat jäänteitä muinaisesta valtamerten kuoresta, jonka koostumus vaihtelee mafisesta ultramafiseen (KS.sommittelukaavio yllä). Ultramafista koostumusta olevat kivet eivät sisällä Zirkonia ja mafisia kiviä harvoin. Zirkoni on mineraali, jota esiintyy tyypillisesti koostumukseltaan felsisemmässä magmakivessä, kuten graniitissa. Uraanin ja lyijyn (U/Pb) isotooppiajoitus on tarkkuuden ”kultakanta” erityisesti hyvin vanhoissa kivilajeissa. Zirkonin puuttuminen NGB: stä kyseenalaistaa kaikki muut päivämäärät.

vuonna 2008, Jonathan O ’ Neil, nuori tohtoriopiskelija McGill Universitystä Quebecistä, Kanadasta, kyseenalaisti oletetun päivämäärän NGB: lle tutkimalla oudon näköistä amfiboliittipaikkaa NGB: ssä (kuva). Amfiboliitti on metamorfoitunut mafinen kivi, joten Zirkonia ei esiinny. O ’ Neil käytti iänmääritystekniikkaa ja isotooppisuhdevertailuja harvinaisista mutta kaikkialla esiintyvistä samariumin (Sm) ja neodyymin (ND) alkuaineista. Tätä tekniikkaa käyttäen O ’ Neil määritteli NGB: n todellisen iän olevan 4,28 Ga . Sen jälkeen tehtyjen lisänäytteiden tarkempi analysointi on siirtänyt päivämäärän vieläkin kauemmaksi 4,31 Ga: han . Jos NGB-kivi olisi totta, se edustaisi vanhinta säilynyttä Hadealaisaikaista kiveä, joka on löydetty planeetalta.

kaikki näitä kiviä tutkivat geologit eivät yhdy O ’ Neilin löytöihin. Heidän tulkintansa isotooppitiedoista ja vertailut esittävät, että isotooppien signeeraukset esittävät vain sitä, että NGB on peräisin Hadeanaikaisesta kiviaineksesta ja että NGB: n muodostumisikä on Eoarkealainen (3,7 Ga). Tämä kiista jatkuu varmasti, kunnes Zirkoni löytyy NGB: n sisältä. Kiinnostaako sinua etsiä maapallon vanhimpia kiviä? Harkitse jatkaa graduate study in geology. Suuri osa NGB: n laajuudesta on vielä ottamatta näytteitä.

maapallon vanhimmat fossiilit?

Nuvvuagittuqin Vihreäkivivyöhyke antaa edelleen periksi. Vuonna 2017 tutkijaryhmä esitti havaintonsa siitä, mitä he uskovat elämän jäänteiksi, joita on löydetty NGB: n rautamuodostumasta . BIF: n mikroskooppinen tutkimus paljasti rautamineraalista hematiitista tehtyjä pieniä putkia. Nämä putket vastaavat muoto ja koko kuin bakteerien tekemät nykyaikaiset hydrotermiset tuuletusaukot ympäristöissä. Bakteerit käyttävät rautaa aineenvaihdunnassaan. Tutkijat löysivät BIF: stä myös grafiittimineraalin, joka koostuu kokonaan hiilestä. Grafiitti, joka todennäköisesti muodostuu orgaanisen aineen metamorfismista, koska se sisältää raskashiilisen isotoopin, hiili-13: n (13C), vähentyneitä pitoisuuksia. Elämänmuotoja suositaan hiilen kevyemmän isotoopin, hiili-12: n (12C), valinnassa.

Jos tämä löytö pitää paikkansa, kyseessä on vanhin tähän mennessä löydetty todiste fossiilielämästä. NGB: n sisällä on olemassa rautamuodostuma, jonka voidaan tulkita kerrostuneen muinaiseen merenpohjaan, jota edustaa viherkivi. Tämä NGB on kiistatta ajoitettu poikkileikkaavilla magmamaisilla intruusioilla arvoon 3,77 Ga. Tämä edeltäisi useita satoja miljoonia vuosia aiemmin löydettyjä fossiililöytöjä (KS.alussa). Jos O ’ Neilin Ikä NGB: lle pitää, fossiilit saattavat olla jopa 4,31 Ga: n ikäisiä.

sainko sen?

Acasta Gneiss and Nuvvuagittuq Greenstone Belt

Start Quiz

Question

Your answer:

Correct answer:

Yhteenveto

vanhimpia tähän mennessä löydettyjä maankuoren mineraaleja ovat zirkonit, joita on löydetty arkeaan metamorfoituneesta sedimenttikivestä Lounais-Australian Jack Hillsiltä. Analyysi Zirkoni johdonmukaisesti tarjoaa päivämääriä yli 4.0 Ga vanhin on 4.4 Ga. Kivi, jossa Zirkoni alun perin muodostui, olisi ollut joitakin kaikkein vanhimpia olemassa olevia mannerkuoria; valitettavasti alkuperäiset kivet, jotka toimittivat nämä zirkonit, ovat todennäköisesti jo kauan sitten poissa. Vanhin maapallolta tähän mennessä löydetty ehjä kivilöytö on Acasta Gneiss-kompleksista Luoteis-Kanadasta. Zirkonin U / Pb-päivämäärät gneissistä Hadean Eoniin klo 4.02 Ga. Nuvvuagittuqin Vihreäkivivyöhykkeeltä Pohjois-Quebecistä, Kanadasta peräisin oleva kivi ei sisällä Zirkonia, koska se on koostumukseltaan mafista ultramafiseen ja edustaa muinaista valtameren kuorta. Vaihtoehtoinen isotooppia dating tekniikoita tuottaa paljon vanhempi reach takaisin aikaisin Hadean 4.31 Ga. Tiedeyhteisössä on kiistoja tästä päivämäärästä, ja tutkimukset jatkuvat.

geologit jatkavat arkeologisten kratonien etsimistä löytääkseen hadean kuoren sirpaleita. Lisää löytöjä on taattu, jotka edistävät edelleen ymmärrystämme ja tietämystämme maapallon varhaisimman ajan ympäristöstä.

References and Further Reading

Dziewonski, A. M. & Anderson, D. L. Preliminary reference Earth model. Liikuntaa. Maa-Planeetta. Inter. 25, 297–356 (1981).