Jordens ældste klipper
Hvornår blev Jorden virkelig jord? Vi har lært om, hvordan solsystemet dannede sig og de tidligste stadier i jorddannelsen i casestudiet, der udforskede nebularteorien og dannelsen af solsystemet. Den tidlige jord voksede gennem processen med kollision og tilvækst af nebulært materiale, der varierede i størrelse fra rumstøv til planetesimaler, måske nogle så store som små planeter. Vi har dateret jorden på 4.567 milliarder år (Ga) baseret på blyisotopdata fra meteoritter . Meteoritter er de “ingredienser”, der dannede Jorden og de andre jordbaserede planeter. Denne” jordens fødsel ” – dato er tildelt begyndelsen af tilvækst, ikke på et tidspunkt, hvor jorden stort set havde nået sin fulde, accreted masse,.Jordens første eon af geologisk tid er passende navngivet “Hadean” med henvisning til Hades, underverdenens gud i græsk mytologi. Hadean beskrives ofte som” helvede på Jorden”, den tid, hvor der eksisterede et ekstremt fjendtligt miljø med magma oceaner kogende på overfladen og skadelige gasser og damp, der omslutter den unge planet. Måske er det ledsagende billede en analogi. I dette ekstreme miljø kunne intet liv, som vi kender det, muligvis overleve.
Så hvornår kan vi sige, “der har du det – jorden er nu Jorden!”? Måske hvis vi kunne finde den første klippe dannet på jorden, kunne vi tildele Jordens sande alder som starten på en solid overflade. den geologiske tidsperiode for Hadean indeholder ingen epoker eller perioder, fordi vi ved så lidt om, hvad der skete, da der kun er små stykker jordmateriale tilbage. Hadean, som det fremgår af den geologiske tidsskala nedenfor, indikerer, at dens begyndelse er omtrentlig. Det lille ur placeret ved tidsinddelingerne på højre side af skalaen over Hadean indikerer, at de valgte datoer er noget vilkårlige, da geologer fortsætter med at undersøge rester af mineral-og stenbeviser.
differentiering af Jordens indre
hvilke beviser har vi for jordformende begivenheder, der forekommer i Hadean? Planetgeologer teoretiserer, at mod slutningen af det accretionære stadium i jorddannelse, 4,5 – 4,6 Ga, blev jorden pummeled af større, planetesimal størrelse rumaffald. Planetesimaler var andre” vil-være ” planeter, der rejser i samme kredsløb som den udviklende jord. De var massive i sig selv, men den udviklende jord var større og i stand til at modstå deres påvirkninger og forblive intakt. Energien fra disse massive kollisioner smeltede overfladen af den unge planet, hvilket resulterede i dannelsen af store “magma oceaner.”Energisk radioaktivt henfald af ustabile elementer tilføjet til varmeproduktionen inde fra den tidlige jord. Denne dobbelte hvæsen af indvendig og udvendig varmeproduktion kan have smeltet hele planeten eller forvandlet den til en tyk, slushy masse af stærkt konvektivt smeltet stenmateriale. , .
dette gjorde det muligt for Jorden og andre udviklende planeter i vores solsystem at gennemgå en differentieringsproces, hvor de tungeste, siderofile (jernassocierede) elementer vandrede mod den centrale kerne, mens de lettere lithofile (litosfærekoncentrerede) elementer steg mod overfladen. Differentiering skete meget hurtigt med hensyn til den enorme geologiske tid – i løbet af flere titusinder af år. Differentiering var ikke en engrosomsætning af hele det indre af planeten, men mere som en perkolering af siderofile elementer gennem det slushy magma ocean (se billedet nedenfor).analyse af seismiske bølger produceret af jordskælv har hjulpet os med at forstå densitetsforskellene og den relative sammensætning af de materialer, der findes inden for den moderne jord på forskellige dybder. Disse seismiske bølgehastighedsanalyser gennem næsten de sidste 100 år har gjort det muligt for os at se et meget klart billede af Jordens lagdelte indre .
Jordens første skorpe
efterhånden som differentieringen fortsatte, blev det lyselementberigede magmahav ved overfladen udsat for rummets chill og en tynd, tidlig skorpe begyndte at danne sig. Meteorer, asteroider og kometer fortsatte deres påvirkning uformindsket, punkterede den tidligste skorpe og lod magmaen, skjult lige under, flyde igen. Sammensætningen af denne tidligste skorpe lignede meget sjælden Ultramafisk sten komatiit, en vulkansk sten, der stort set består af mineralet olivin. Komatiites er meget sjældne i Jordens rock record, næsten udelukkende begrænset til rock of Archean age. Komatiitterne stammer stort set fra den meget varme kappe på den unge jord og samlede sig på overfladen som lava. Da Jorden fortsatte med at afkøle og mantlen størknede, har generering af meget Ultramafisk magma, der har fundet vej til overfladen, været sjælden.
en hurtig gennemgang af magma sammensætning
differentiering produceret vores jern-dominerede indre og ydre kerne og silikat-domineret rock materiale af kappen og i sidste ende, skorpen. Silikater er mineraler, der stort set består af elementerne af silicium og ilt bundet sammen med andre lithofile elementer, herunder aluminium, calcium, kalium, natrium og magnesium. Ikke alt jern migrerede til kernen. I det tidlige Hadean blev jorden konstant bombarderet af rumrester, der indeholdt alle Jordens naturlige elementer i forskellige procentdele. Vi kan tænke på sammensætningen af magmahavet som værende silica (silicium og ilt) domineret og relativt homogent. Den første skorpe, der består af komatiit, repræsenterede denne sammensætning. Dette konvekterende hav af silikatmush bragte diapirer (stigende tårnformede klatter) af dybt magma havmateriale mod overfladen, hvor det samlede sig og afkøles i tykke komatiitmasser. Disse tunge, tætte komatiitmasser dryppede tilbage i magmahavet til genbrug. Denne omsmeltningsproces differentierede yderligere den tidlige skorpe. Eddys af konvektion af magma nær overfladen smeltede delvist komatiitten. Denne “delvise smeltning” var mere silica beriget, fordi mineralerne i komatiit med mest silica ville være først til at smelte (se diskussion om bøgens reaktionsserie for at forstå denne proces). Dette kaldes en” udviklet magma”, ikke primær, men omsmeltet og mere silica beriget. Silica berigede magmas er lavere i densitet og mere flydende og kan forestilles som stigende til overfladen som is i en rootbeer float. Denne udvikling af magma fører til de forskellige kompositioner, vi genkender i dag i klassificeringen af vulkansk sten. Bemærk, hvor komatiite vises på nedenstående diagram. Efterhånden som magma evolution fortsætter, bliver sammensætningen mere silica beriget, hvilket skaber magma, der bliver mere og mere “felsic” i sammensætning.
fik jeg det?
The Hadean
Start Quiz
Jordens ældste klipper
hvad der fulgte dannelsen af tynd, forstyrret, komatiitskorpe er meget debatteret og et område med inderlig geologisk forskning. Indsigt i udviklingen af den tidligste skorpe var ukendt indtil opdagelsen af hadean-tidscirkler fra Jack Hills-området i det sydvestlige Australien (Se kort). Sircon er et lille, holdbart mineral med den kemiske formel Srsio4. Det er et almindeligt mineral i felsic rock med sammensætningen svarende til den kontinentale skorpe, som granit. Det er ikke et almindeligt mineral af klippen i havskorpen, som basalt og forekommer ikke i den tidligste sten af skorpen, komatiite.
i midten af 1980 ‘ erne samplede feltgeologer en metamorfoseret sedimentær sten (metaconglomerat) fra Jack Hills. Metakonglomeratet er dateret som arkæisk, cirka 3,6 Ga. De detritale sedimentære partikler, der findes i metakonglomeratet, er, selvfølgelig, ældre end deres aflejring som grus. Miljøet for aflejring af det oprindelige konglomerat menes at være en alluvial ventilator, hvor sediment afledt af forvitring og erosion af bjerge blev flyttet af vand og deponeret i en tilstødende dal. Små krystaller blev ekstraheret fra metakonglomeratet til analyse. Sircons var oprindeligt en del af klippen, der komponerede disse tidligere bjerge. Rester af disse bjerge er ikke blevet opdaget og er sandsynligvis blevet slettet fra jordens overflade ved erosion.
Sircon er et lille, men mægtigt mineral. Det er en af Jordens små tidtagere. Der dannes typisk en krystallisering af magma, hvor radioaktivt uran kan erstatte det i mineralgitteret. Efter krystallisering begynder det radiometriske ur at tikke. De ustabile radioaktive uranatomer nedbrydes gennem en proces kendt som ” henfald.”Atomerne mister subatomære partikler og udsender energi. Partikeltab inkluderer et fald i antallet af protoner, som i sidste ende ændrer uran til bly. Hastigheden af dette henfald er velkendt og giver forskere mulighed for meget nøjagtigt at datere sircon. Radiometrisk dating analyse af Jack Hills detrital sircon korn udbytte datoer så gamle som 4.404 Ga! Dette er det ældste jordmateriale, der er opdaget til dato, dannet kun ~150 Ma efter starten af jorden. Det er fantastisk!!! Dette fortæller os, at i de 150 millioner år blev hele Jorden stort set dannet, dens indre differentieret, den afkølet nok til at have en solid skorpe af komatiit, og omsmeltning produceret udviklet magma, hvor sirkonen krystalliserede i solid rock svarende til sammensætningen af vores kontinentale skorpe i dag. Hold da op!!! (Metoden til datering af cirkonen diskuteres mere fuldstændigt i kapitlet om geologisk tid).
denne opdagelse har betydeligt avanceret vores forståelse af Hadean-miljøet og udviklingen af skorpen under Hadean. Opdagelsen af sirkonen betyder, at der inden for de første flere hundrede millioner år af Jordens eksistens eksisterede skorpe af forskellig sammensætning, hvoraf nogle var mere felsisk i sammensætning, meget ligesom den kontinentale skorpe, der findes i dag. Dette giver betydelig indsigt i processerne på arbejdspladsen i Hadean, da denne type sten kontinuerligt dannes og reformeres gennem pladetektoniske processer i dag.analyse af iltisotoper data fra sircon har afsløret endnu mere utrolige beviser om miljøet, der eksisterede i den meget tidlige Hadean. Ilt har flere isotoper, 16O er mest udbredt med 8 protoner og 8 neutroner, der findes i kernen. 17O og 18O findes også i meget mindre overflod. 18O koncentreres i et vandigt miljø, såsom oceaner, da lighteren 17O og 16O fortrinsvis vil fordampe. Analyse af de relative mængder af forskellige isotoper af ilt 16O og 18O (forhold betegnet med små bogstaver græsk delta kris18o) i Jack Hills er skæv mod “tung” 18O, i modsætning til den mere almindelige “lys” 16O. denne tunge ilt signatur i rock er en indikation af, at det dannet af kølige, våde, sedimentære processer på jordens overflade. Dermed, den magma, der til sidst gav anledning til cirklerne, teoretiseres for at være dannet ud fra det, der engang var blevet aflejret sedimenter på gulvet i et gammelt hav . Så ikke kun var den meget unge jord i stand til at lave felsic-sammensætning skorpe, det var også køligt nok til at have flydende vand i oceanerne. Dette er overraskende velkendte konklusioner om en” helvede ” ung planet.
siden opdagelsen af Hadean-alderen i Jack Hills-området i Australien er andre detritale cirkler også blevet opdaget i Archean age rock i andre dele af verden. Se kortet til højre.
fik jeg det?
Jack Hills Zircon
Start Quiz
Acasta Gneiss-komplekset
mens Jack Hills detrital-cirklerne fortæller os, at klipper bestemt var omkring 4.404 Ga, faktiske klipper den gamle er endnu ikke fundet. Faktisk, der findes en vis kontrovers i det videnskabelige samfund med hensyn til de ældste klipper, der er opdaget til dato. Acasta Gneiss-komplekset ligger i Slave Craton i det nordvestlige Canada (Se kort over arkæanske Kratoner ovenfor) bevare den ældste ubestridte isotopisk daterede klippe, der således findes overalt på jorden. Dette kompleks omfatter en række stærkt deformeret og metamorfoseret tonalit-trondhjemit-granodiorit (TTG) rock. Denne type sten diskuteres mere detaljeret i casestudiet om Greenstone-Bælter, Primordial tektonik. TTG ‘ er ligner granit med nogle kemiske og mineralogiske forskelle. De er typiske vulkanske klipper produceret som påtrængende kroppe langs tektonisk aktive kontinentale margener i dag.
Acasta Gneiss er dateret ved hjælp af U / Pb isotopisk dating teknikker på sircon dannet under krystalliseringen af disse klipper i deres oprindelige vulkanske miljø. Tilstedeværelsen af sircon i en vulkansk sten indikerer, at magmaen har “udviklet sig” – den blev dannet gennem omsmeltning af en allerede eksisterende sten. De isotopiske datoer giver en oversigt over flere forskellige påtrængende magmatiske begivenheder i alderen mellem 2,94 Ga og 4,02 ga. Den ældste episode af vulkansk aktivitet registreret i gneiss-komplekset fandt sted mellem 3,92 og 4,02 Ga, der strækker sig over den vilkårlige Hadean/Eoarchean division på den geologiske tidsskala (ovenfor).
fortolkning af Acasta Gneiss-alderen giver verifikation af, at kontinental skorpe eksisterede i Hadean. Omfattende geokemisk analyse af mange forskellige isotoppar og sammenligninger af element/isotopkoncentration har ført til fortolkningen af, at den ældste klippe i Acasta Gneiss-komplekset stammer fra den delvise smeltning af mafisk hadisk skorpe, der var 4,3 milliarder år gammel .
Nuvvuagittuk Greenstone bælte
datering af klippen fra Nuvvuagittuk Greenstone Belt (NGB) har været kontroversielt, men hvis det accepteres, kan det faktisk give et glimt af Jordens tidligste skorpe. (Læs mere om Greenstone bælter her). NGB ligger på den østlige bred af Hudson Bay (se Archean Craton-kortet ovenfor). Metamorfoseret mafisk og Ultramafisk vulkansk sten dominerer NGB. Det faktum, at dette er vulkanske klipper, der er udbrudt i et gammelt hav, dokumenteres af tilstedeværelsen af lavapuder. Lava, der bryder ud under vandet, danner iøjnefaldende pudeformer, da en skorpe størkner øjeblikkeligt omkring den sivende lava, når den spildes ud under vandet.
en anden klippetype inkluderet i NGB er banded iron formation. BIFs (som de er kærligt kendt) er sedimentære klipper, der også indikerer et havmiljø, da disse sedimentære jernmineraler dannes og sætter sig ud af vandkolonnen. (Læs mere om dannelsen af BIFs her). Påtrængende mafiske og ultramafiske diger forekommer også inden for NGB.
NGB er afgrænset af en felsisk påtrængende sten kendt som en tonalit (Se kort nedenfor). Både NGB og tonalit er skåret på tværs af en lignende type felsic rock kaldet en pegmatit. Tonalit-og pegmatit-indgribende kroppe indeholder en cirkel, der er nødvendig til U/Pb radiometrisk datering, hvilket har givet en nøjagtig dato på 3,77 ga. På grund af det tværgående forhold mellem den påtrængende klippe og NGB giver dette kun en minimumsalder for NGB på 3,77 ga . Yderligere undersøgelse er nødvendig for at forstå den maksimale alder.
NGB ‘ s Greenstone-klipper er rester af gammel havskorpe med en mafisk til Ultramafisk sammensætning (se sammensætningsdiagrammet ovenfor). Klipper af Ultramafisk sammensætning indeholder ikke sircon og mafiske klipper gør sjældent. Sircon er et mineral, der typisk findes i vulkansk sten, der er mere felsisk i sammensætning, som granit. Uran-bly (U/Pb) isotopisk dating er “guldstandarden” for nøjagtighed, især i meget gammel sten. En mangel på sircon i NGB vil sætte spørgsmålstegn ved enhver anden metode, der bruges til at angive datoer.
i 2008 udfordrede Jonathan O ‘ Neil, en ung ph.d. – studerende fra McGill University, Canada, den antagne Dato for NGB ved at undersøge en underlig udseende amfibolit patch i NGB (billede). En amfibolit er en metamorfoseret mafisk Sten, derfor er sircon ikke til stede. O ‘ Neil brugte en dating teknik og isotopforhold sammenligninger af de sjældne, men allestedsnærværende elementer i samarium (Sm) og neodym (Nd). Ved hjælp af denne teknik bestemte O ‘ Neil den faktiske alder af NGB til at være 4,28 ga . Yderligere analyse af yderligere prøver siden da har skubbet datoen endnu længere tilbage til 4.31 Ga . Hvis det er sandt, ville NGB-klippen repræsentere den ældste bevarede Hadean age-klippe, der findes på planeten.
ikke alle geologer, der undersøger disse klipper, er enige i O ‘ Neils fund. Deres fortolkning af de isotopiske data og sammenligninger foreslår, at de isotopiske signaturer kun repræsenterer, at NGB blev afledt af allerede eksisterende sten i Hadean-alderen, og at NGB-dannelsesalderen er Eoarchean (3,7 Ga). Denne kontrovers vil helt sikkert fortsætte, indtil sircon findes inden for NGB. Er du fascineret af søgen efter Jordens ældste klipper? Overvej at forfølge kandidatstudie i geologi. Meget af NGB-omfanget er endnu ikke samplet.
Jordens ældste fossiler?
Nuvvuagittuk Greenstone bælte fortsætter med at give. I 2017 præsenterede et team af forskere deres resultater om, hvad de mener er spor af liv, der findes i den båndede jerndannelse af NGB . Deres mikroskopiske undersøgelse af BIF afslørede små rør lavet af jernmineral hæmatit. Disse rør matcher formen og størrelsen af dem, der er fremstillet af bakterier i moderne hydrotermiske udluftningsmiljøer. Bakterierne bruger jernet til deres stofskifte. Forskerne opdagede også mineralgrafit i BIF, som udelukkende består af kulstof. Grafitten sandsynligvis dannet af metamorfisme af organisk materiale, da den indeholder reducerede niveauer af den tunge carbonisotop, carbon-13 (13C). Livsformer foretrækkes ved valg af den lettere isotop af kulstof, kulstof-12 (12c).
hvis denne opdagelse er sand, vil dette være det ældste bevis på fossilt liv, der endnu er opdaget. NGB-båndet jerndannelse findes inden for NGB og kan fortolkes som værende deponeret på den gamle havbund repræsenteret af greenstone. Denne NGB er utvivlsomt dateret af tværgående stødende indtrængen ved 3.77 Ga. Dette ville foruddatere alle fossile beviser, der tidligere blev opdaget af flere hundrede millioner år (se i begyndelsen). Hvis O ‘ Neils alder for NGB holder op, kan fossilerne måske være så gamle som 4.31 Ga.
fik jeg det?
Acasta Gneiss and Nuvvuagittuq Greenstone Belt
Start Quiz
Resume
de ældste mineraler fra jordskorpen, der endnu er opdaget, er de cirkler, der findes i arkæisk metamorfoseret sedimentær sten fra Jack Hills i det sydvestlige Australien. Analyse af sircon giver konsekvent datoer over 4,0 Ga, hvor den ældste er 4,4 ga. Klippen, hvor cirkonen oprindeligt blev dannet, ville have været nogle af de ældste kontinentale skorpe, der eksisterede; uheldigvis, de originale klipper, der leverede disse cirkler, er sandsynligvis længe væk. Den ældste intakte klippe, der findes på jorden til dato, er fra Acasta Gneiss-komplekset i det nordvestlige Canada. U / Pb datoer fra gneiss nå ind i Hadean Eon på 4.02 Ga. Rock fra Nuvvuagitsu Greenstone Belt i det nordlige Canada indeholder ikke sircon, da det er mafisk til Ultramafisk i sammensætning og repræsenterer gammel havskorpe. Alternative isotopiske dateringsteknikker giver en meget ældre rækkevidde tilbage i den tidlige Hadean på 4.31 ga. Kontrovers inden for det videnskabelige samfund eksisterer vedrørende denne dato, og undersøgelsen fortsætter.
geologer fortsætter med at søge Archean cratons efter skiver af Hadean skorpe. Flere opdagelser er sikret, som vil fortsætte med at fremme vores forståelse og viden om miljøet i Jordens tidligste tid.
referencer og yderligere læsning
D. M.& Anderson, D. L. foreløbig reference jordmodel. Phys. Jorden Planet. Inter. 25, 297–356 (1981).
Leave a Reply