A Föld legrégebbi sziklái
mikor vált a Föld valóban Földré? Megtudtuk, hogyan alakult ki a Naprendszer és a Föld keletkezésének legkorábbi szakaszai a Csillagköd elméletét és a naprendszer kialakulását feltáró esettanulmányban. A korai Föld az űrportól a planetezimálokig terjedő méretű köd anyag ütközésének és felhalmozódásának folyamatán keresztül nőtt, talán olyan nagy, mint a kis bolygók. A meteoritok ólomizotóp-adatai alapján 4, 567 milliárd éves (Ga) Földön keltünk . A meteoritok azok az” összetevők”, amelyek a földet és a többi földi bolygót képezték. Ez a “föld születése” dátum a felhalmozódás kezdetéhez van rendelve, nem olyan ponton, amikor a Föld nagyrészt elérte teljes, felhalmozódott tömegét,.
A Föld geológiai idő első eon-ját a “Hadeanus” – nak nevezik, utalva Hádészra, az alvilág Istenére a görög mitológiában. A Hadeant gyakran úgy írják le, mint “pokol a földön”, amikor egy rendkívül ellenséges környezet létezett a magma óceánokkal, amelyek a felszínen forrtak, és káros gázok és gőz borította a fiatal bolygót. Talán a kísérő kép analógia. Ebben a szélsőséges környezetben egyetlen élet, mint tudjuk, nem képes túlélni.
tehát mikor mondhatjuk: “ott van – a föld most Föld!”? Talán ha megtalálnánk a Földön kialakult első sziklát, a föld valódi korát egy szilárd felület kezdetének nevezhetnénk.
A Hadean geológiai időtávja nem tartalmaz korszakokat vagy időszakokat, mert olyan keveset tudunk arról, hogy mi történt, mivel csak a föld anyagának apró darabjai maradnak meg. A Hadean, amint az az alábbi geológiai időskálán megjelenik, azt jelzi, hogy kezdete hozzávetőleges. A Hadeán feletti skála jobb oldalán található, az időosztásban található kis óra azt jelzi, hogy a választott dátumok kissé önkényesek, mivel a geológusok továbbra is megvizsgálják a maradék ásványi és kőzeteket.
A Föld belsejének differenciálása
milyen bizonyítékunk van a Hadeanban előforduló Földformáló eseményekről? A bolygó geológusai azt feltételezik, hogy a Földképződés növekvő szakaszának vége felé, 4.5 – 4.6 Ga, a Földet nagyobb, planetesimális méretű űrszemétek pusztították el. A Planetesimals más” wanna-be ” bolygók voltak, amelyek ugyanazon a pályán haladtak, mint a fejlődő Föld. Saját erejükből masszívak voltak, de a fejlődő Föld nagyobb volt, és képes volt ellenállni a becsapódásoknak, és sértetlen maradt. Ezeknek a hatalmas ütközéseknek az energiája megolvasztotta a fiatal bolygó felszínét, ami hatalmas “magma óceánok” kialakulását eredményezte.”Az instabil elemek energetikai radioaktív bomlása hozzáadódik a korai Föld belsejéből származó hőtermeléshez. A belső és külső hőtermelés kettős hullámzása megolvaszthatta az egész bolygót, vagy erősen konvektív olvadt kőzetanyag vastag, latyakos tömegévé változtatta. , .
Ez lehetővé tette, hogy a Föld más fejlődő bolygók a naprendszer, hogy menjen át egy folyamat, a differenciálás, ahol a legnehezebb, siderophile (vas kapcsolódó) elemek felé vándoroltak a központi mag, míg a világosabb lithophile (litoszféra koncentrált) elemek rose a felszín felé. A differenciálás nagyon gyorsan történt a geológiai idő hatalmassága tekintetében-több tízmillió év alatt. A differenciálás nem a bolygó teljes belsejének nagykereskedelmi forgalma volt, hanem inkább a siderophile elemek perkolációja a latyakos magma-óceánon keresztül (lásd az alábbi képet).
A földrengések által előidézett szeizmikus hullámok elemzése segített megérteni a modern földön különböző mélységben létező anyagok sűrűségi különbségeit és relatív összetételét. Ezek a szeizmikus hullámsebesség-elemzések az elmúlt 100 évben lehetővé tették számunkra, hogy nagyon világos képet látjunk a Föld réteges belsejéről .
a Föld első kéreg
Mint differenciálás folytatta, a fény-elem dúsított magma óceán, a felszínen volt kitéve a hideg, a tér, s egy vékony, korai kéreg kezdett kialakulni. A meteorok, aszteroidák és üstökösök változatlan formában folytatták hatásukat, átszúrva a legkorábbi kéreget, és lehetővé téve, hogy a közvetlenül alatta rejtőző magma újra folyjon. Ennek a legkorábbi kéregnek a összetétele hasonló volt a nagyon ritka ultramafikus kőzet komatithoz, egy vulkáni kőzet, amely nagyrészt az ásványi olivinből áll. A komatitok nagyon ritkák a Föld kőzetlemezében, szinte teljes egészében az Archeai korú sziklákra korlátozódnak. A komatitok nagyrészt a fiatal föld nagyon forró köpenyéből származtak, és a felszínen lávaként halmozódtak fel. Ahogy a Föld tovább hűlt, és a köpeny megszilárdult, a felszínre vezető rendkívül ultramafikus magma keletkezése ritka volt.
A Magma összetételének gyors áttekintése
a differenciálás a köpeny vas uralta belső és külső magját, valamint a szilikát által dominált kőanyagát, végül a kéreget eredményezte. A szilikátok olyan ásványi anyagok, amelyek nagyrészt a szilícium és az oxigén elemeiből állnak, amelyek más litofil elemekkel, köztük alumíniummal, kalciummal, káliummal, nátriummal és magnéziummal vannak összekötve. Nem minden vas vándorolt a magba. A korai Hadeanban a földet folyamatosan bombázták az űrszemétek, amelyek különböző százalékban tartalmazzák a Föld összes természetes elemét. A magma-óceán összetételét úgy tekinthetjük, mint a szilícium-dioxid (szilícium és oxigén) dominanciáját és viszonylag homogénségét. Az első komatitból álló kéreg képviselte ezt a kompozíciót. Ez a szilikát kása konvekciós óceánja a mély magma-óceán anyagának diapirjait (emelkedő könnycsepp alakú foltjait) hozta a felszín felé, ahol vastag komatit tömegben összegyűlt és lehűlt. Ezek a nehéz, sűrű komatit tömegek visszatértek a magma-óceánba újrahasznosítás céljából. Ez az újraolvasztási folyamat tovább különböztette meg a korai kéreget. A felszín közelében lévő magma konvekciós Eddys részlegesen megolvasztotta a komatitot. Ez a “részleges olvadék” több szilícium-dioxiddal dúsított, mert a komatitban a legtöbb szilícium-dioxiddal rendelkező ásványi anyagok először megolvadnak (lásd a Bowen reakciósorozatának megvitatását a folyamat megértéséhez). Ezt “kifejlődött magmának” nevezik, nem elsődleges, hanem remeltált és több szilícium-dioxiddal dúsított. A szilícium-dioxiddal dúsított magmák sűrűsége kisebb, és élénkebbek, és úgy képzelhető el, hogy a felszínre emelkednek, mint a fagylalt egy rootbeer úszóban. Ez a magma evolúciója a különböző kompozíciókhoz vezet, amelyeket ma felismerünk a magmás kőzet osztályozásában. Figyeljük meg, ahol komatiite jelenik meg az alábbi ábrán. Ahogy a magma evolúciója folytatódik, a kompozíció Szilícium-dioxiddúsabbá válik, ami magmát hoz létre, amely összetételben egyre inkább “felsic” lesz.
megkaptam?
The Hadean
Start Quiz
A Föld legrégebbi sziklái
mi követte a vékony, perturbált, komatiit kéreg kialakulását, és a buzgó geológiai kutatások egyik területe. Betekintést az evolúció a legkorábbi kéreg ismeretlen volt, amíg a felfedezés Hadean kor cirkonok a Jack Hills terület délnyugat-Ausztráliában (lásd a térképet). A cirkon egy kicsi, tartós ásványi anyag, a ZrSiO4 kémiai képlettel. Ez egy közös ásvány a felsic kőzetben, amelynek összetétele hasonló a kontinentális kéreghez, mint a gránit. Ez nem az óceánkéreg kőzetének közös ásványa, mint a bazalt, és nem fordul elő a kéreg legkorábbi kőzetében, a komatitban.
az 1980-as évek közepén mező geológusok mintában szereplő egy metamorphosed üledékes kőzet (metaconglomerate) a Jack Hills-ben. A metaconglomerátum kelt Archean, körülbelül 3.6 Ga. A metakonglomerátumban található detrital üledékes részecskék természetesen idősebbek, mint kavicsos lerakódásuk. Az eredeti konglomerátum lerakódásának környezetét alluviális ventilátornak tartják, ahol a hegyek időjárásából és eróziójából származó üledéket víz mozgatta és egy szomszédos völgyben rakta le. Kis cirkonkristályokat extraháltak a metakonglomerátumból elemzésre. A cirkonok eredetileg a szikla részét képezték, amely ezeket a korábbi hegyeket alkotta. Ezeknek a hegyeknek a maradványait nem fedezték fel, és valószínűleg erózió törlődött a Föld felszínéről.
cirkon egy kicsi, de hatalmas ásványi anyag. Ez a Föld egyik kis időmérője. A cirkon jellemzően a magma kristályosodása során alakul ki, ahol a radioaktív urán helyettesítheti az ásványi rácsban lévő cirkóniumot. A kristályosodás után a radiometrikus óra ketyegni kezd. Az instabil radioaktív urán atomok lebontják a “bomlás” néven ismert folyamaton keresztül.”Az atomok szubatomi részecskéket veszítenek és energiát bocsátanak ki. A részecske veszteség magában foglalja a protonok számának csökkenését, amely végül megváltoztatja az uránt ólommá. Ennek a bomlásnak a mértéke jól ismert, és lehetővé teszi a tudósok számára, hogy nagyon pontosan dátumozzák a cirkont. Radiometrikus társkereső elemzése a Jack Hills detrital cirkon szemek hozam dátumok olyan régi, mint 4.404 Ga! Ez a legrégebbi földi anyag, amelyet eddig fedeztek fel, csupán ~150 Ma alakult ki a Föld kezdete után. Ez elképesztő!!! Ez azt mondja nekünk, hogy abban a 150 millió évben az egész föld nagyrészt kialakult, belseje differenciálódott, eléggé lehűlt ahhoz, hogy komatit szilárd kérge legyen, és az újrakeverés során kialakult magma, ahol a cirkon szilárd kőzetben kristályosodott, hasonlóan a kontinentális kéreg összetételéhez. Hűha!!! (A cirkon randevúzásának módját a geológiai időről szóló fejezetben részletesebben tárgyaljuk).
Ez a felfedezés jelentősen elősegítette a Hadeai környezet megértését és a kéreg fejlődését a Hadeanus idején. A cirkon felfedezése azt jelenti, hogy a Föld létezésének első néhány százmillió évében különböző összetételű kéreg létezett, amelyek közül néhány összetételű volt, nagyon hasonlít a mai kontinentális kéreghez. Ez jelentős betekintést nyújt a Hadeanban zajló munkafolyamatokba, mivel az ilyen típusú kőzet folyamatosan kialakul és átalakul a mai lemez tektonikus folyamatokon keresztül.
a cirkon oxigén izotópjainak elemzése még hihetetlenebb bizonyítékokat tárt fel a nagyon korai Hadeanban létező környezetről. Az oxigénnek több izotópja van, a 16O a legnagyobb mennyiségben 8 protonnal és 8 neutronnal rendelkezik a magban. A 17O és a 18O is jóval kisebb mennyiségben létezik. A 18O vizes környezetben, például óceánokban koncentrálódik, mivel a könnyebb 17O és 16O inkább elpárolog. Elemzés a relatív mennyiségű különböző izotópok oxigén 16O, valamint 18O (arányt jelöli a kisbetűs görög delta δ18O) a Jack Hills cirkon vagy ferde felé “nehéz” 18O, szemben a sokkal gyakoribb a “fény” 16O. Ez a nehéz, oxigént aláírás a rock jelzi, hogy kialakult a hűvös, nedves, üledékes folyamatok a Föld felszínén. Így, a magma, amely végül a cirkonokat eredményezte, elmélet szerint az ősi óceán padlóján lerakódott üledékekből alakult ki . Tehát nem csak a nagyon fiatal föld volt képes felsic-összetételű kéreg készítésére, hanem elég hűvös is volt ahhoz, hogy folyékony víz legyen az óceánokban. Ezek meglepően ismerős következtetések egy” pokoli ” fiatal bolygóról.
a Hadeai kor cirkon felfedezése óta Ausztrália Jack Hills területén más detrital cirkonokat is felfedeztek az Archeai kor sziklájában a világ más részein. Lásd a térképet jobbra.
megkaptam?
Jack Hills Zircon
Start Quiz
A Acasta Gneiss Komplex
Míg a Jack Hills törmelékes zircons mondd meg nekünk, hogy köveket határozottan körül 4.404 Ga, általában a sziklák, hogy az öreg még nem találták meg. Valójában, némi vita áll fenn a tudományos közösségben az eddig felfedezett legrégebbi sziklákról. Az Acasta Gneiss komplexum található a Slave Craton Északnyugat-Kanada (lásd térkép Archean Cratons, felett) megőrizni a legrégebbi megkérdőjelezhetetlen izotóposan kelt szikla így megtalálható bárhol a Földön. Ez a komplexum számos erősen deformált és metamorfizált tonalit-trondhjemite-granodiorit (TTG) kőzetet tartalmaz. Ezt a fajta sziklát részletesebben tárgyaljuk a Greenstone övekről, az ősi Tektonikáról szóló esettanulmányban. TTGs hasonló gránit néhány kémiai és ásványtani különbségek. Ezek tipikus magmás kőzetek, amelyeket ma tektonikusan aktív kontinentális margók mentén tolakodó testekként állítanak elő.
az Acasta Gneiss-t az U/Pb izotópos társkereső technikák alkalmazásával keltezték a cirkonon, amelyek ezen kőzetek kristályosodása során keletkeztek eredeti magmás környezetükben. A cirkon jelenléte egy magmás sziklában azt jelzi, hogy a magma “fejlődött” – egy már létező szikla újragondolása révén alakult ki. Az izotóp dátumok hozam egy lemez több különböző tolakodó magmatikus események terjedő kor között 2.94 Ga, valamint 4.02 Ga. A gneisz-komplexben rögzített magmás aktivitás legrégebbi epizódja 3.92 és 4.02 Ga között történt, amely a geológiai időskálán (fent) az önkényes Hadean/Eoarchean divíziót keresztezi.
értelmezése az Acasta Gneiss cirkon korosztály biztosítja annak ellenőrzését, hogy a kontinentális kéreg létezett a Hadean. Számos különböző izotóppár és elem/izotópkoncentráció-összehasonlítás kiterjedt geokémiai elemzése arra az értelmezésre vezetett, hogy az Acasta Gneiss komplex legrégebbi kőzete a 4, 3 milliárd éves mafic Hadean kéreg részleges olvadásából származik .
A Nuvvuagittuq Greenstone öv
Ismerkedés a szikla A Nuvvuagittuq Greenstone öv (NGB) már ellentmondásos, de, ha elfogadják, ténylegesen bepillantást nyújt a Föld legkorábbi kéreg. (További információ Greenstone övek itt). Az NGB található Észak-Quebec, a keleti parton a Hudson-öböl (lásd Archean Craton térkép felett). Metamorfizált mafikus és ultramafikus vulkáni kőzet uralja az NGB-t. Az a tény, hogy ezek vulkáni kőzetek, amelyek egy ősi óceánban törtek ki, láva párnák jelenléte dokumentálja. A víz alatti kitörő láva szembetűnő párnaformákat képez, mivel a kéreg azonnal megszilárdul a szivárgó láva körül, miközben kiömlik a víz alatt.
egy másik, az NGB-ben szereplő kőzettípus a sávos vasképződés. A BIF-ek (ahogyan szeretettel ismertek) üledékes kőzetek, amelyek óceáni környezetet is jeleznek, mivel ezek az üledékes vas ásványok alakulnak ki és telepednek le a vízoszlopból. (További információ a kialakulását BIFs itt). Az NGB-n belül intruzív mafic és ultramafic dikes is előfordul.
az NGB-t egy tonalit néven ismert felsic intrusive szikla határolja (lásd az alábbi térképet). Mind az NGB-t, mind a tonalitot egy hasonló típusú felsic szikla vágja át, amelyet pegmatitnak neveznek. A tonalit és pegmatit tolakodó testek tartalmaznak cirkon szükséges U / Pb radiometrikus társkereső amely megadta a pontos dátum 3.77 Ga. A behatoló kőzet és az NGB közötti keresztmetszeti kapcsolat miatt ez csak minimális életkorot biztosít az NGB számára 3, 77 Ga . További vizsgálat szükséges a maximális életkor megértéséhez.
az NGB greenstone kőzetei az ősi óceánkéreg maradványai, amelyek mafikus-ultramafikus összetételűek (lásd a fenti összetételi táblázatot). Az ultramafikus összetételű kőzetek nem tartalmaznak cirkont, a mafikus kőzetek ritkán. Cirkon egy ásványi anyag, amely általában megtalálható a magmás kőzetben több felsic összetétele, mint a gránit. Urán-ólom (U/Pb) izotóp társkereső az “arany standard” pontosság, különösen a nagyon régi szikla. A cirkon hiánya az NGB-ben megkérdőjelezi a dátumok megadására használt bármely más módszert.
2008-ban Jonathan O ‘ Neil, a kanadai Quebec-i McGill Egyetem fiatal PhD hallgatója megtámadta az NGB feltételezett dátumát egy furcsa megjelenésű amfibolit tapasz megvizsgálásával az NGB-ben (kép). Az amphibolit egy metamorfizált mafikus szikla, ezért a cirkon nincs jelen. O ‘ Neil a szamárium (Sm) és a neodímium (Nd) ritka, de mindenütt jelenlévő elemeinek randevúzási technikáját és izotópos arányát hasonlította össze. Ezzel a technikával O ‘ Neil meghatározta az NGB tényleges életkorát 4, 28 Ga-ra . További elemzés további minták azóta tolta a dátumot még tovább 4.31 Ga . Ha igaz, az NGB szikla képviseli a legrégebbi megőrzött Hadean kor szikla található a bolygón.
nem minden geológus, aki ezeket a sziklákat vizsgálja, egyetért O ‘ Neil megállapításaival. Az izotópos adatok és összehasonlítások értelmezése azt sugallja, hogy az izotópos aláírások csak azt mutatják, hogy az NGB a Hadeán kor már létező kőzetéből származik, és hogy az NGB kialakulásának kora Eoarchean (3.7 Ga). Ez a vita biztosan folytatódik, amíg a cirkon megtalálható az NGB – n belül. Érdekli a Föld legrégebbi szikláinak keresése? Fontolja meg a geológia végzős tanulmányozását. Az NGB mértékének nagy részét még fel kell venni a mintába.
A Föld legrégebbi kövületei?
a Nuvvuagittuq Greenstone öv továbbra is ad. 2017-ben egy kutatócsoport bemutatta megállapításait arról, hogy mit gondolnak az NGB sávos vasképződésében talált élet nyomairól . A BIF mikroszkópos vizsgálata során a vas ásványi hematitből készült kis csöveket tártak fel. Ezek a csövek megegyeznek a baktériumok által a modern hidrotermális szellőző környezetekben előállított csövek alakjával és méretével. A baktériumok a vasat használják anyagcseréjükre. A kutatók felfedezték a BIF-ben található ásványi grafitot is, amely teljes egészében szénből áll. A grafit valószínűleg a szerves anyag metamorfizmusa által képződik, mivel a nehéz szénizotóp, a szén-13 (13C) csökkentett szintjét tartalmazza. Életformák preferenciális kiválasztásában a könnyebb izotóp szén, szén-12 (12C).
Ha ez a felfedezés igaz, ez lesz a fosszilis élet legrégebbi bizonyítéka. Az NGB sávos vasképződés az NGB-n belül létezik, és úgy értelmezhető,hogy a greenstone által képviselt ősi tengerfenéken helyezték el. Ezt az NGB-t kétségtelenül keresztirányú magmás behatolások keltezték 3.77 Ga. Ez előidőztetne minden olyan fosszilis bizonyítékot, amelyet korábban több száz millió évvel fedeztek fel (lásd az elején). Ha O ‘ Neil kora az NGB-hez tart, akkor a fosszíliák talán olyan régiek lehetnek, mint az 4.31 Ga.
megkaptam?
Acasta Gneiss and Nuvvuagittuq Greenstone Belt
Start Quiz
összefoglaló
az eddig felfedezett földkéreg legrégebbi ásványai az Archeai metamorfizált üledékes kőzetben található cirkonok az Ausztrália délnyugati részén található Jack Hills-ből. A cirkon elemzése következetesen 4.0 Ga feletti dátumokat biztosít, a legrégebbi pedig 4.4 Ga. A szikla, amelyben a cirkon eredetileg alakult volna néhány nagyon legrégebbi kontinentális kéreg létezik; sajnálatos módon, az eredeti sziklák, hogy a mellékelt ezeket cirkonok valószínűleg már rég eltűnt. A legrégebbi érintetlen szikla a Földön eddig az Északnyugat-Kanadai Acasta Gneiss komplexumból származik. U / Pb időpontjai cirkon a gneisz eléri a Hadean Eon 4.02 Ga. A kanadai Quebec északi részén található Nuvvuagittuq Greenstone övből származó szikla nem tartalmaz cirkont, mivel összetételben ultramafikus, és az ősi óceáni kéreg. Alternatív izotópos társkereső technikák hozam sokkal régebbi nyúlnak vissza a korai Hadean 4.31 Ga. A tudományos közösségen belül vita van e dátummal kapcsolatban, és a vizsgálat folytatódik.
a geológusok továbbra is Archean cratonokat keresnek Hadean kéreg szeletére. További felfedezések biztosítottak, amelyek tovább növelik a föld legkorábbi idejének környezetével kapcsolatos megértésünket és ismereteinket.
referenciák és további olvasmányok
Dziewonski, A. M. & Anderson, D. L. előzetes referencia Föld modell. Phys. Föld Bolygó. Inter. 25, 297–356 (1981).
Leave a Reply