wanneer is de aarde werkelijk aarde geworden? We hebben geleerd over hoe het zonnestelsel is ontstaan en de vroegste stadia in de vorming van de aarde in de case study verkennen van de nevel theorie en de vorming van het zonnestelsel. De vroege aarde groeide door het proces van botsingen en aangroei van nevelmateriaal dat in grootte varieerde van ruimtestof tot planetesimalen, misschien enkele zo groot als kleine planeten. We hebben de aarde gedateerd op 4.567 miljard jaar (Ga) gebaseerd op loodisotoop data van meteorieten . Meteorieten zijn de “ingrediënten” die de aarde en de andere aardse planeten vormden. Deze “geboorte van de aarde” datum wordt toegewezen aan het begin van de accretie, niet op een punt waarin de aarde grotendeels had bereikt zijn volle, accreted massa , .

Aarde ‘ s eerste eon van geologische tijd wordt toepasselijk de “Hadean” genoemd met verwijzing naar Hades, de God van de onderwereld in de Griekse mythologie. De Hadean wordt vaak omschreven als” hel op aarde”, de tijd waarin een extreem vijandige omgeving bestond met Magma oceanen die op het oppervlak kochten en schadelijke gassen en stoom die de jonge planeet omhulden. Misschien is de bijbehorende afbeelding een analogie. In deze extreme omgeving kan geen enkel leven, zoals wij het kennen, overleven.

dus wanneer kunnen we zeggen, ” daar heb je het-Aarde is nu aarde!”? Misschien als we het eerste gesteente op aarde konden vinden, konden we de ware leeftijd van de aarde toewijzen als het begin van een vast oppervlak.

de geologische tijdspanne van Hadean bevat geen tijdperken of perioden omdat we zo weinig weten over wat er gebeurd is omdat er slechts kleine stukjes aarde overblijven. De Hadean zoals hij op de geologische tijdschaal hieronder verschijnt geeft aan dat zijn begin bij benadering is. Het klokje dat zich bevindt aan de rechterkant van de schaal boven de Hadean geeft aan dat de gekozen data enigszins willekeurig zijn omdat geologen doorgaan met het onderzoeken van overblijfselen van mineralen en gesteente.

differentiatie van het binnenste van de aarde

Welk bewijs hebben we voor het ontstaan van gebeurtenissen in de Hadean? Planetaire geologen theoretiseren dat tegen het einde van de accretionaire fase in de vorming van de aarde, 4,5 – 4.6 Ga, de aarde werd beslagen door Grotere, planetesimale ruimtepuin. Planetesimalen waren andere” wanna-be ” planeten die in dezelfde baan reizen als de zich ontwikkelende aarde. Ze waren massief in hun eigen recht, maar de zich ontwikkelende aarde was groter en in staat om hun inslagen te weerstaan en intact te blijven. De energie van deze massale botsingen smolt het oppervlak van de jonge planeet wat resulteerde in de vorming van enorme ” magma oceanen.”Energetisch radioactief verval van onstabiele elementen toegevoegd aan de warmteproductie vanuit de vroege aarde. Deze dubbele whammy van binnen-en buitenwarmtegeneratie kan de gehele planeet hebben gesmolten, of het in een dikke, slushy massa van hoogst convectief gesmolten rotsmateriaal hebben veranderd. , .

hierdoor konden de aarde en andere zich ontwikkelende planeten in ons zonnestelsel een differentiatieproces doormaken waarbij de zwaarste siderofiele (met ijzer geassocieerde) elementen naar de centrale kern migreerden terwijl de lichtere lithofiele (met lithosfeer geconcentreerde) elementen naar het oppervlak stegen. Differentiatie gebeurde zeer snel met betrekking tot de onmetelijkheid van de geologische tijd – over een spanwijdte van enkele tientallen miljoenen jaren. Differentiatie was geen groothandelsomzet van het gehele interieur van de planeet, maar meer als een doorsijpeling van siderofiele elementen door de slushy Magma Oceaan (zie afbeelding hieronder).analyse van seismische golven veroorzaakt door aardbevingen heeft ons geholpen de dichtheidsverschillen en relatieve samenstelling van de materialen te begrijpen die op verschillende diepten in de moderne aarde bestaan. Deze seismische golfsnelheidsanalyses van bijna de afgelopen 100 jaar hebben ons in staat gesteld een zeer duidelijk beeld te zien van het gelaagde binnenste van de aarde .

de eerste aardkorst

naarmate de differentiatie vorderde, werd de met lichtelementen verrijkte Magma Oceaan aan het oppervlak blootgesteld aan de kou van de ruimte en begon zich een dunne, vroege korst te vormen. Meteoren, asteroïden en kometen zetten hun inslag onverminderd voort, doorboorden de vroegste korst en lieten het net onder verborgen magma weer stromen. De samenstelling van deze vroegste korst was vergelijkbaar met zeer zeldzaam ultramafisch gesteente komatiet, een vulkanisch gesteente dat grotendeels bestaat uit het mineraal olivijn. Komatiieten zijn zeer zeldzaam in de aard rock record, bijna volledig beperkt tot rock van de archeologische leeftijd. De komatiieten waren grotendeels afkomstig van de zeer hete mantel van de jonge aarde, en samengevoegd op het oppervlak als lava. Terwijl de aarde bleef afkoelen en de mantel stolde, is de generatie van zeer ultramafisch magma dat zijn weg naar het oppervlak is zeldzaam.

een snel overzicht van de Magma-samenstelling

differentiatie produceerde onze ijzer gedomineerde binnen – en buitenkern en silicaat gedomineerd gesteente van de mantel en uiteindelijk de korst. Silicaten zijn mineralen die grotendeels bestaan uit de elementen van silicium en zuurstof gebonden samen met andere lithofiele elementen, waaronder aluminium, calcium, kalium, natrium en magnesium. Niet al het ijzer migreerde naar de kern. In de vroege Hadean werd de aarde voortdurend gebombardeerd door ruimteafval dat alle natuurlijke elementen van de aarde in verschillende percentages bevatte. We kunnen denken aan de samenstelling van de magma Oceaan als silica (silicium en zuurstof) gedomineerd en relatief homogeen. De eerste korst, samengesteld uit komatiiet, vertegenwoordigde deze samenstelling. Deze convecterende oceaan van silicaatpuree bracht diapirs (opstijgende druppelvormige blobs) van diep Magma oceaanmateriaal naar het oppervlak, waar het zich verzamelde en afkoelde in dikke komatiietmassa ‘ s. Deze zware, dichte komatiietmassa ‘ s druppelden terug in de magma oceaan voor recycling. Dit hersmeltingsproces onderscheidde de vroege korst verder. Eddys van convecterend magma in de buurt van het oppervlak smolt gedeeltelijk het komatiiet. Deze “gedeeltelijke smelt” was meer siliciumdioxide verrijkt omdat de mineralen in het komatiiet met het meeste siliciumdioxide als eerste zouden smelten (zie discussie over Bowen ‘ s reactieserie om dit proces te begrijpen). Dit wordt aangeduid als een “geëvolueerd magma,” niet primair, maar geremelte en meer silica verrijkt. Silica verrijkte magma ‘ s zijn lager in dichtheid en meer drijfkracht en kan worden voorgesteld als het stijgen naar de oppervlakte als ijs in een rootbeer vlotter. Deze evolutie van magma leidt tot de verschillende composities die we vandaag herkennen in de classificatie van stollingsgesteente. Merk op waar komatiet op het onderstaande diagram staat. Naarmate de evolutie van magma vordert, wordt de samenstelling meer silica verrijkt, waardoor magma ontstaat dat steeds meer “felsisch” in samenstelling wordt.

kreeg ik het?

The Hadean

Start Quiz

Question

Your answer:

Correct answer:

het oudste gesteente van de aarde

wat volgde op de vorming van dunne, verstoorde komatietkorst is een onderwerp van vurig geologisch onderzoek. Inzicht in de evolutie van de vroegste korst was onbekend tot de ontdekking van Hadeïsche zirkonen uit het Jack Hills-gebied in Zuidwest-Australië (Zie kaart). Zirkoon is een klein, duurzaam mineraal met de chemische formule ZrSiO4. Het is een veel voorkomend mineraal in felsisch gesteente met de samenstelling vergelijkbaar met die van de continentale korst, zoals graniet. Het is geen algemeen mineraal van het gesteente van de oceaankorst, zoals basalt en komt niet voor in het vroegste gesteente van de korst, komatiiet.

In het midden van de jaren 1980 veld geologen bemonsterd een gedaante veranderd sedimentair gesteente (metaconglomerate) uit de Jack Hills. Het metaconglomeraat is gedateerd als Archeaans, ongeveer 3,6 Ga. De detritale sedimentaire deeltjes in het metaconglomeraat zijn natuurlijk ouder dan hun afzetting als Grind. De omgeving van de afzetting van het oorspronkelijke conglomeraat wordt beschouwd als een alluviale ventilator, waar sediment afkomstig van de verwering en erosie van bergen werden verplaatst door water en afgezet in een aangrenzende vallei. Kleine zirkoon kristallen werden geëxtraheerd uit de metaconglomeraat voor analyse. De zirkonen maakten oorspronkelijk deel uit van de rots die deze vroegere bergen samenstelde. Resten van deze bergen zijn niet ontdekt en zijn waarschijnlijk van het aardoppervlak verwijderd door erosie.

zirkoon is een klein maar machtig mineraal. Het is een van de kleine tijdwaarnemers van de aarde. Zirkoon vormt zich meestal tijdens de kristallisatie van magma waar radioactief uranium zirkonium in het mineraalrooster kan vervangen. Na kristallisatie begint de radiometrische klok te tikken. De onstabiele radioactieve uraniumatomen breken af door een proces dat bekend staat als “verval.”De atomen verliezen subatomaire deeltjes en geven energie uit. Deeltjesverlies omvat een afname van het aantal protonen waardoor het uranium uiteindelijk verandert in lood. De snelheid van dit verval is bekend en laat wetenschappers zeer nauwkeurig dateren de zirkoon. Radiometrische datering analyse van de Jack Hills detrital zirkoon granen opbrengst data zo oud als 4.404 Ga! Dit is het oudste aardse materiaal dat tot op heden is ontdekt, slechts ~150 Ma gevormd na het ontstaan van de aarde. Dat is verbazingwekkend!!! Dit vertelt ons dat in die 150 miljoen jaar, de hele aarde grotendeels werd gevormd, zijn binnenste gedifferentieerd, het koelde genoeg om een vaste korst van komatiiet te hebben, en, hersmelting produceerde geëvolueerd magma waar de zirkoon kristalliseerde in vast gesteente, vergelijkbaar met de samenstelling van onze continentale korst vandaag. WOW!!! (De methode om het Zirkoon te dateren wordt uitgebreider besproken in het hoofdstuk over geologische tijd).

Deze ontdekking heeft ons begrip van de Hadeïsche omgeving en de evolutie van de korst tijdens de Hadeïsche aanzienlijk verbeterd. De ontdekking van het Zirkoon betekent dat binnen de eerste paar honderd miljoen jaar van het bestaan van de aarde, korst van verschillende samenstelling bestond, waarvan sommige meer felsisch van samenstelling was, zeer veel als de continentale korst die vandaag bestaat. Dit geeft een significant inzicht in de processen die in het Hadean aan het werk zijn, aangezien dit type gesteente voortdurend wordt gevormd en hervormd door middel van platentektonische processen vandaag.

analyse van zuurstofisotopen gegevens van het Zirkoon hebben nog meer ongelooflijke bewijs over het milieu dat bestond tijdens de zeer vroege Hadean blootgelegd. Zuurstof heeft verscheidene isotopen, 16O is het meest overvloedig met 8 protonen en 8 neutronen die in de kern bestaan. 17O en 18O bestaan ook in veel minder overvloed. 18O is geconcentreerd in een waterig milieu, zoals oceanen, omdat de lichtere 17O en 16O bij voorkeur verdampen. Analyse van de relatieve hoeveelheden van verschillende isotopen van zuurstof 16O en 18O (verhouding aangeduid met de kleine Griekse delta δ18O) in de Jack Hills zirkoon zijn scheef in de richting van “zware” 18O, in tegenstelling tot de meer voorkomende “lichte” 16O. deze zware zuurstof handtekening in gesteente is een indicatie dat het gevormd door koele, natte, sedimentaire processen aan het aardoppervlak. Het magma dat uiteindelijk de aanleiding vormde voor de zirkonen zou zijn gevormd uit wat ooit sedimenten waren die op de bodem van een oude oceaan waren afgezet . Dus niet alleen was de zeer jonge aarde in staat om een korst van felsische samenstelling te maken, het was ook koel genoeg om vloeibaar water in oceanen te hebben. Dit zijn verrassend bekende conclusies over een “helse” jonge planeet.

sinds de ontdekking van het Hadeïsche zirkoon in het Jack Hills-gebied in Australië zijn ook andere detritale zirkonen ontdekt in Archeologisch gesteente in andere delen van de wereld. Zie de kaart rechts.

heb ik het ontvangen?

Jack Hills Zircon

Start Quiz

Question

Your answer:

Correct answer:

het Acasta gneis Complex

terwijl de Jack Hills detritale zirkonen ons vertellen dat rotsen zeker rond 4.404 Ga waren, hebben echte stenen die nog niet oud zijn gevonden. In feite bestaat er enige controverse in de wetenschappelijke gemeenschap over de oudste gevonden rotsen tot nu toe. Het Acasta Gneiss Complex gelegen in het Slavenkraton van het noordwesten van Canada (Zie kaart van Archeaanse kratons, hierboven) behoudt het oudste onbetwiste isotopisch gedateerde gesteente dat zo overal op aarde is gevonden. Dit complex omvat een verscheidenheid aan sterk vervormde en metamorfose tonaliet-trondhjemiet-granodioriet (TTG) gesteente. Dit type gesteente wordt nader besproken in de Case Study on Greenstone Belts, Primordial Tectonics. TTGs zijn vergelijkbaar met graniet met een aantal chemische en mineralogische verschillen. Het zijn typische stollingsgesteenten die als indringende lichamen langs tektonisch actieve continentale randen worden geproduceerd.

De Acasta gneis is gedateerd met behulp van U/Pb isotopische datering technieken op zirkoon gevormd tijdens de kristallisatie van deze stenen in hun oorspronkelijke stollingsomgeving. De aanwezigheid van zirkoon in een stollingsgesteente geeft aan dat het magma is “geëvolueerd” – het werd gevormd door het opnieuw smelten van een reeds bestaand gesteente. De isotopische data geven een record van verschillende intrusieve magmatische gebeurtenissen variërend in leeftijd tussen 2,94 Ga en 4,02 Ga. De oudste episode van stollingsactiviteit in het gneis-complex vond plaats tussen 3,92 en 4,02 Ga, die de willekeurige Hadeïsche/Eoarchische verdeling op de geologische tijdschaal (hierboven) overspant.

interpretatie van de Acasta gneis zirkoon ages geeft een bevestiging dat continentale korst bestond in de Hadean. Uitgebreide geochemische analyse van veel verschillende isotopenparen en vergelijkingen van de element/isotoopconcentratie hebben geleid tot de interpretatie dat het oudste gesteente van het Acasta gneis-Complex werd afgeleid van het gedeeltelijk smelten van de mafische Hadeaanse korst die 4,3 miljard jaar oud was .

The Nuvvuagittuq Greenstone Belt

datering van het gesteente uit de Nuvvuagittuq Greenstone Belt (NGB) is controversieel geweest, maar kan, indien geaccepteerd, een glimp van de vroegste aardkorst opleveren. (Lees hier meer over Greenstone Riemen). De NGB is gelegen in het noorden van Quebec, aan de oostelijke oever van de Hudson Bay (zie Archean Craton kaart hierboven). Metamorfoseerd mafisch en ultramafisch vulkanisch gesteente domineren het NGB. Het feit dat dit vulkanische rotsen zijn die zijn uitgebarsten in een oude oceaan wordt gedocumenteerd door de aanwezigheid van lava kussens. Lava die uitbarst onder water vormt opvallende kussenvormen als een korst stolt direct rond de druipende lava als het uitvloeit onder water.

een ander type gesteente dat deel uitmaakt van het NGB is banded iron formation. BIFs (zoals ze liefdevol worden genoemd) zijn sedimentaire rotsen die ook wijzen op een oceaanomgeving als deze sedimentaire ijzermineralen zich vormen en zich vestigen uit de waterkolom. (Lees hier meer over de vorming van BIFs). Binnen de NGB komen ook indringende mafic en ultramafic dijken voor.

De NGB wordt begrensd door een felsisch indringend gesteente dat bekend staat als een tonaliet (Zie kaart hieronder). Zowel de NGB als de tonaliet zijn doorsneden door een soortgelijk type felsisch gesteente, een pegmatiet genaamd. De tonaliet en pegmatiet opdringerige lichamen bevatten zirkoon nodig voor U / Pb radiometrische datering die een nauwkeurige datum van 3,77 Ga heeft verstrekt. Door de transversale relatie van het indringende gesteente met de NGB, biedt dit slechts een minimumleeftijd voor de NGB van 3,77 Ga . Verder onderzoek is nodig om de maximale leeftijd te begrijpen.

De greenstone rotsen van de NGB zijn overblijfselen van oude oceaankorst met een mafische tot ultramafische samenstelling (zie compositieschema hierboven). Ultramafische rotsen bevatten geen zirkoon en mafische rotsen zelden. Zirkoon is een mineraal dat meestal wordt gevonden in stollingsgesteente meer felsische samenstelling, zoals graniet. Uranium-lood (U / Pb) isotopische datering is de “gouden standaard” voor nauwkeurigheid, met name in zeer oud gesteente. Een gebrek aan zirkoon in de NGB zal in twijfel trekken elke andere methode die wordt gebruikt om data.

in 2008 betwistte Jonathan O ‘ Neil, een jonge promovendus van de McGill University in Quebec, Canada, de veronderstelde datum voor NGB door een vreemd uitziende amfiboliet patch in de NGB te onderzoeken (foto). Een amfiboliet is een metamorfoseerd mafisch gesteente, daarom is zirkoon niet aanwezig. O ‘ Neil gebruikte een dating techniek en isotopische ratio vergelijkingen van de zeldzame maar alomtegenwoordige elementen van samarium (Sm) en neodymium (Nd). Met behulp van deze techniek stelde O ‘ Neil de werkelijke leeftijd van de NGB vast op 4,28 Ga . Verdere analyse van aanvullende monsters sedertdien heeft de datum nog verder teruggeschroefd tot 4,31 Ga . Als het waar is, zou de NGB-rots het oudste bewaard gebleven Hadeïsche gesteente op de planeet vertegenwoordigen.

niet alle geologen die deze stenen onderzoeken, komen overeen met de bevindingen van O ‘ Neil. Hun interpretatie van de isotopische gegevens en vergelijkingen suggereren dat de isotopische signaturen alleen betekenen dat het NGB is afgeleid van reeds bestaand gesteente uit het Hadeïsche tijdperk en dat het NGB-tijdperk van vorming Eoarcheaans is (3.7 Ga). Deze controverse is zeker te blijven totdat zirkoon is gevonden binnen de NGB. Ben je geïntrigeerd door de zoektocht naar de oudste stenen van de aarde? Overweeg om geologie te studeren. Een groot deel van de NGB-omvang moet nog worden bemonsterd.

de oudste fossielen van de aarde?

De Nuvvuagittuq Greenstone Belt blijft geven. In 2017 presenteerde een team van onderzoekers hun bevindingen over wat volgens hen sporen van leven zijn gevonden in de gestreepte ijzervorming van de NGB . Hun microscopisch onderzoek van het BIF onthulde kleine buizen gemaakt van het ijzer mineraal hematiet. Deze buizen komen overeen met de vorm en grootte van die gemaakt door bacteriën in moderne hydrothermale ontluchtingsomgevingen. De bacteriën gebruiken het ijzer voor hun metabolisme. De onderzoekers ontdekten ook het mineraal grafiet in het BIF dat volledig uit koolstof bestaat. Het grafiet dat waarschijnlijk wordt gevormd door metamorfisme van organisch materiaal, omdat het gereduceerde niveaus van de zware koolstofisotoop, koolstof-13 (13C), bevat. De levensvormen zijn preferent in de selectie van de lichtere isotoop van koolstof, koolstof-12 (12C).

als deze ontdekking waar is, is dit het oudste bewijs van fossiel leven dat nog is ontdekt. De NGB banded iron formation bestaat binnen de NGB en kan worden geïnterpreteerd als zijnde afgezet op de oude zeebodem vertegenwoordigd door de greenstone. Deze NGB is ontegenzeggelijk gedateerd door cross-cutting stolling intrusies op 3,77 Ga. Dit zou elk fossiel bewijs dat eerder werd ontdekt door enkele honderden miljoen jaar dateren (zie in het begin). Als O ‘ Neils leeftijd voor de NGB standhoudt, dan zijn de fossielen misschien zo oud als 4.31 Ga.

heb ik het ontvangen?

Acasta Gneiss and Nuvvuagittuq Greenstone Belt

Start Quiz

Question

Your answer:

Correct answer:

samenvatting

De oudste mineralen uit de aardkorst die nog ontdekt zijn, zijn de zirkonen gevonden in Archeaans metamorfoseerd sedimentair gesteente uit de Jack Hills van Zuidwest-Australië. Analyse van de zirkoon geeft consequent Data meer dan 4.0 Ga met de oudste is 4.4 Ga. Het gesteente waarin het Zirkoon oorspronkelijk is gevormd zou tot de oudste continentale korst zijn geweest die er bestaat; helaas zijn de oorspronkelijke rotsen die deze zirkonen leverden waarschijnlijk al lang verdwenen. Het oudste intact gesteente op aarde tot nu toe is van het Acasta gneis Complex in het noordwesten van Canada. U / Pb data van Zirkoon uit de gneis bereiken in de Hadean Eon op 4,02 Ga. Rots uit de Nuvvuagittuq Greenstone Belt in het noorden van Quebec, Canada bevat geen zirkoon omdat het mafisch tot ultramafisch van samenstelling is en de oude oceaankorst vertegenwoordigt. Alternatieve isotopische datering technieken leveren een veel oudere reach terug in de vroege Hadean van 4.31 Ga. Er bestaat binnen de wetenschappelijke gemeenschap controverse over deze datum en het onderzoek gaat door.

geologen gaan door met het zoeken naar splinters van Hadeaanse korst. Meer ontdekkingen zijn verzekerd die ons begrip en kennis van de omgeving van de vroegste tijd van de aarde zullen blijven bevorderen.

References and Further Reading

Dziewonski, A. M. & Anderson, D. L. Phys. Aarde Planeet. Inter. 25, 297–356 (1981).