cele mai vechi roci ale Pământului
când Pământul a devenit cu adevărat pământ? Am aflat despre modul în care s-a format sistemul solar și despre primele etape ale formării Pământului în studiul de caz care explorează teoria nebulară și formarea sistemului solar. Pământul timpuriu a crescut prin procesul de coliziune și acumulare a materialului nebular care a variat ca mărime de la praful spațial la planetesimale, poate unele la fel de mari ca planetele mici. Am datat Pământul la 4,567 miliarde de ani (Ga) pe baza datelor izotopului de plumb de la meteoriți . Meteoriții sunt „ingredientele” care au format Pământul și celelalte planete terestre. Această dată de „naștere a Pământului” este atribuită debutului acumulării, nu într-un punct în care Pământul și-a atins în mare măsură masa deplină, acumulată , .
primul eon al timpului geologic al Pământului este numit în mod corespunzător „Hadean” cu referire la Hades, zeul lumii interlope din mitologia greacă. Hadeanul este adesea descris ca” iadul pe Pământ”, momentul în care a existat un mediu extrem de ostil, cu oceane de magmă care fierb la suprafață și gaze nocive și abur care înconjoară tânăra planetă. Poate că imaginea însoțitoare este o analogie. În acest mediu extrem, nici o viață, așa cum o știm, nu ar putea supraviețui.
Deci, când putem spune: „Iată – L-Pământul este acum pământ!”? Poate că dacă am putea găsi prima rocă formată pe Pământ, am putea atribui adevărata vârstă a Pământului ca începutul unei suprafețe solide.
intervalul de timp geologic al Hadeanului nu conține epoci sau perioade, deoarece știm atât de puțin despre ceea ce s-a întâmplat, deoarece rămân doar bucăți mici de material pământesc. Hadeanul așa cum apare pe scara de timp geologică de mai jos indică faptul că începutul său este aproximativ. Micul ceas situat la diviziunile de timp din partea dreaptă a scalei de deasupra Hadeanului indică faptul că datele alese sunt oarecum arbitrare, deoarece geologii continuă să examineze dovezile minerale și roci rămase.
diferențierea interiorului Pământului
ce dovezi avem despre evenimentele de modelare a Pământului care au loc în Hadean? Geologii planetari teoretizează că spre sfârșitul etapei de acumulare în formarea Pământului, 4,5 – 4,6 Ga, Pământul a fost lovit de resturi spațiale mai mari, de dimensiuni planetesimale. Planetesimalele erau alte planete „wanna-be” care călătoreau pe aceeași orbită ca și pământul în curs de dezvoltare. Erau masive în sine, dar Pământul în curs de dezvoltare era mai mare și capabil să reziste impactului lor și să rămână intact. Energia acestor coliziuni masive a topit suprafața tinerei planete, ducând la formarea unor vaste „oceane de magmă.”Dezintegrarea radioactivă energetică a elementelor instabile adăugate la producția de căldură din interiorul pământului timpuriu. Acest dublu whammy de generare de căldură interioară și exterioară poate fi topit întreaga planetă, sau transformat într-o masă groasă, noroios de material de rocă topită foarte convectiv. , .acest lucru a permis Pământului și altor planete în curs de dezvoltare din sistemul nostru solar să treacă printr-un proces de diferențiere în care cele mai grele elemente siderofile (asociate fierului) au migrat spre miezul central, în timp ce elementele litofile mai ușoare (concentrate de litosferă) s-au ridicat spre suprafață. Diferențierea sa întâmplat foarte repede în ceea ce privește imensitatea timpului geologic – pe parcursul a câteva zeci de milioane de ani. Diferențierea nu a fost o cifră de afaceri cu ridicata a întregului interior al planetei, ci mai degrabă o percolare a elementelor siderofile prin Oceanul magmatic noroios (vezi imaginea de mai jos).analiza undelor seismice produse de cutremure ne-a ajutat să înțelegem diferențele de densitate și compoziția relativă a materialelor care există în interiorul Pământului modern la diferite adâncimi. Aceste analize ale vitezei undelor seismice din ultimii 100 de ani ne-au permis să vedem o imagine foarte clară a interiorului stratificat al Pământului .
prima crustă a Pământului
pe măsură ce diferențierea a continuat, Oceanul de magmă îmbogățit cu elemente ușoare de la suprafață a fost expus la frigul spațiului și a început să se formeze o crustă subțire și timpurie. Meteorii, asteroizii și cometele și-au continuat impactul nestingherit, perforând cea mai veche crustă și permițând magmei, ascunsă chiar dedesubt, să curgă din nou. Compoziția acestei cruste timpurii a fost similară cu cea foarte rară rocă ultramafică komatiit, o rocă vulcanică compusă în mare parte din mineralul olivină. Komatiții sunt foarte rare în înregistrările rock ale Pământului, aproape în întregime limitate la roca din epoca Archeană. Komatiții au fost în mare parte derivați din mantaua foarte fierbinte a tânărului pământ și s-au adunat la suprafață ca lavă. Pe măsură ce Pământul a continuat să se răcească și mantaua s-a solidificat, generarea de magmă extrem de ultramafică care și-a făcut drum la suprafață a fost rară.
o scurtă trecere în revistă a compoziției magmei
diferențierea a produs miezul nostru interior și exterior dominat de fier și materialul de rocă dominat de silicat al mantalei și, în cele din urmă, al crustei. Silicații sunt minerale care sunt în mare parte compuse din elemente de siliciu și oxigen legate împreună cu alte elemente litofile, inclusiv aluminiu, calciu, potasiu, sodiu și magneziu. Nu tot fierul a migrat spre miez. La începutul Hadeanului, Pământul era continuu bombardat de resturi spațiale care conțineau toate elementele naturale ale Pământului în procente diferite. Ne putem gândi la compoziția oceanului magmatic ca fiind dominată de silice (siliciu și oxigen) și relativ omogenă. Prima crustă, compusă din komatiite, a reprezentat această compoziție. Acest ocean convectant de terci de silicat a adus diapiri (pete în formă de lacrimă în creștere) de material oceanic de magmă adâncă spre suprafața unde s-a adunat și s-a răcit în mase groase de komatiită. Aceste mase grele și dense de komatiite s-au scurs înapoi în Oceanul magmatic pentru reciclare. Acest proces de retopire a diferențiat în continuare crusta timpurie. Eddys de convecție magmă lângă suprafață a topit parțial komatiitul. Această „topire parțială” a fost îmbogățită mai mult cu silice, deoarece mineralele din komatiit cu cea mai mare silice ar fi primele care s-ar topi (a se vedea discuția despre seria de reacții a lui Bowen pentru a înțelege acest proces). Aceasta este denumită „magmă evoluată”, nu primară, ci retopită și mai îmbogățită cu silice. Magmele îmbogățite cu silice au o densitate mai mică și mai plutitoare și pot fi imaginate ca ridicându-se la suprafață ca înghețata într-un flotor de rootbeer. Această evoluție a magmei duce la compozițiile variate pe care le recunoaștem astăzi în clasificarea rocii magmatice. Observați unde apare komatiite pe diagrama de mai jos. Pe măsură ce evoluția magmei continuă, compoziția devine mai îmbogățită cu silice, creând magmă care devine din ce în ce mai „felsică” în compoziție.
am înțeles?
The Hadean
Start Quiz
cele mai vechi roci ale Pământului
ceea ce a urmat formării crustei subțiri, perturbate, komatiite este foarte dezbătut și o zonă de cercetare geologică ferventă. O perspectivă asupra evoluției celei mai vechi cruste a fost necunoscută până la descoperirea zirconilor din epoca Hadeană din zona Jack Hills din sud-vestul Australiei (Vezi harta). Zirconul este un mineral mic, durabil, cu formula chimică ZrSiO4. Este un mineral comun în roca felsică cu compoziția similară cu cea a crustei continentale, cum ar fi granitul. Nu este un mineral comun al rocii crustei oceanice, cum ar fi bazaltul și nu apare în cea mai veche rocă a crustei, komatiite.
la mijlocul anilor 1980, geologii de teren au prelevat o rocă sedimentară metamorfozată (metaconglomerat) din jack hills. Metaconglomeratul este datat ca Archean, aproximativ 3,6 Ga. Particulele sedimentare detritale găsite în metaconglomerat sunt, desigur, mai vechi decât depunerea lor ca pietriș. Mediul de depunere a conglomeratului original este considerat a fi un ventilator aluvionar, unde sedimentele derivate din intemperii și eroziunea munților au fost mutate de apă și depozitate într-o vale adiacentă. Cristale mici de zircon au fost extrase din metaconglomerat pentru analiză. Zirconii au fost inițial parte a stâncii care a compus acești munți anteriori. Rămășițele acestor munți nu au fost descoperite și cel mai probabil au fost șterse de pe suprafața Pământului prin eroziune.
zirconul este un mineral mic, dar puternic. Este unul dintre puținii cronometrori ai Pământului. Zirconul se formează de obicei în timpul cristalizării magmei, unde uraniul radioactiv poate înlocui zirconiul în rețeaua minerală. După cristalizare, ceasul radiometric începe să ticăie. Atomii de uraniu radioactivi instabili se descompun printr-un proces cunoscut sub numele de „decădere”.”Atomii pierd particule subatomice și emit energie. Pierderea particulelor include o scădere a numărului de protoni care schimbă în cele din urmă uraniul în plumb. Rata acestei degradări este bine cunoscută și permite oamenilor de știință să dateze foarte precis zirconul. Radiometrice datare analiza Jack Hills detrital zircon boabe de randament date la fel de vechi ca 4.404 Ga! Acesta este cel mai vechi material pământesc descoperit până în prezent, format la doar ~150 Ma după începutul Pământului. E uimitor!!! Acest lucru ne spune că în acei 150 de milioane de ani, întregul Pământ a fost în mare parte format, interiorul său diferențiat, s-a răcit suficient pentru a avea o crustă solidă de komatiită și, retopirea a produs magmă evoluată unde zirconul s-a cristalizat în rocă solidă similară compoziției crustei noastre continentale de astăzi. Uau!!! (Metoda datării zirconului este discutată mai pe deplin în capitolul despre timpul Geologic).
această descoperire a avansat semnificativ înțelegerea noastră despre mediul Hadean și evoluția crustei în timpul Hadeanului. Descoperirea zirconului înseamnă că, în primele câteva sute de milioane de ani de existență a Pământului, a existat o crustă de compoziție variabilă, dintre care unele erau mai felsice în compoziție, foarte asemănătoare cu crusta continentală care există astăzi. Acest lucru oferă o perspectivă semnificativă asupra proceselor la locul de muncă în Hadean, deoarece acest tip de rocă se formează și se reformează continuu prin procese tectonice ale plăcilor astăzi.
analiza datelor izotopilor de oxigen din zircon au dezvăluit dovezi și mai incredibile despre mediul înconjurător care a existat în timpul Hadeanului foarte timpuriu. Oxigenul are mai mulți izotopi, 16O este cel mai abundent cu 8 protoni și 8 neutroni existenți în nucleu. 17O și 18O există, de asemenea, într-o abundență mult mai mică. 18O este concentrat într-un mediu apos, cum ar fi oceanele, deoarece brichetele 17O și 16O se vor evapora preferențial. Analiza cantităților relative ale diferiților izotopi ai oxigenului 16O și 18O (raport notat cu minusculele delta grecești inktiv18o) din zirconul Jack Hills sunt înclinate spre „grele” 18O, spre deosebire de cele mai frecvente „ușoare” 16O. această semnătură de oxigen greu în rocă este un indiciu că s-a format prin procese sedimentare reci, umede la suprafața Pământului. Astfel, magma care a dat naștere în cele din urmă zirconilor este teoretizată că a fost formată din ceea ce fusese cândva sedimente depuse pe podeaua unui ocean antic . Deci, nu numai că pământul foarte tânăr a fost capabil să facă crustă de compoziție felsică, dar a fost și suficient de rece pentru a avea apă lichidă în oceane. Acestea sunt concluzii surprinzător de familiare despre o planetă tânără „infernală”.
de la descoperirea zirconului Hadean age în zona Jack Hills din Australia, alte zirconi detritali au fost descoperiți și în roca Archean age în alte părți ale lumii. Vezi harta din dreapta.
am înțeles?
Jack Hills Zircon
Start Quiz
Complexul acasta Gneiss
în timp ce zirconii detritali Jack Hills ne spun că rocile erau cu siguranță în jurul valorii de la 4.404 Ga, rocile reale acest vechi nu au fost încă găsite. De fapt, există unele controverse în comunitatea științifică cu privire la cele mai vechi roci descoperite până în prezent. Complexul acasta Gneiss situat în Cratonul sclavilor din nord-vestul Canadei (Vezi harta Cratonilor Archean, de mai sus) păstrează cea mai veche rocă datată izotopic necontestată găsită astfel oriunde pe Pământ. Acest complex include o varietate de roci tonalite-trondhjemite-granodiorite (TTG) foarte deformate și metamorfozate. Acest tip de rocă este discutat mai detaliat în studiul de caz privind centurile de piatră verde, tectonica primordială. TTG-urile sunt similare cu granitul, cu unele diferențe chimice și mineralogice. Sunt roci magmatice tipice produse ca corpuri intruzive de-a lungul marginilor continentale active tectonic astăzi.
Gneisul Acasta a fost datat folosind tehnici de datare izotopică U / Pb pe zircon format în timpul cristalizării acestor roci în mediul lor magmatic original. Prezența zirconului într – o rocă magmatică indică faptul că magma a „evoluat”-a fost formată prin retopirea unei roci preexistente. Datele izotopice produc o înregistrare a mai multor evenimente magmatice intruzive diferite, cu vârste cuprinse între 2,94 Ga și 4,02 Ga. Cel mai vechi episod de activitate magmatică înregistrat în complexul gneiss a avut loc între 3,92 și 4,02 Ga, care se încadrează în diviziunea arbitrară Hadean/Eoarchean pe scara timpului geologic (de mai sus).
interpretarea vârstelor de Zircon Acasta Gneiss oferă verificarea faptului că crusta continentală a existat în Hadean. Analiza geochimică extinsă a multor perechi izotopice diferite și comparațiile concentrației de elemente/izotopi au condus la interpretarea că cea mai veche rocă a complexului Gneiss Acasta a fost derivată din topirea parțială a crustei Hadean mafic care avea 4,3 miliarde de ani .
centura Greenstone Nuvvuagittuq
datarea rocii din centura Nuvvuagittuq Greenstone (NGB) a fost controversată, dar, dacă este acceptată, poate oferi de fapt o privire asupra celei mai vechi scoarțe a Pământului. (Citiți mai multe despre centurile Greenstone aici). NGB este situat în nordul Quebecului, pe malul estic al Golful Hudson (Vezi Harta Archean Craton de mai sus). Roca vulcanică metamorfozată mafică și ultramafică domină NGB. Faptul că acestea sunt roci vulcanice erupte într-un ocean antic este documentat de prezența pernelor de lavă. Lava care erupe sub apă formează forme de pernă vizibile, pe măsură ce o crustă se solidifică instantaneu în jurul lavei care se scurge pe măsură ce se varsă sub apă.
Un alt tip de rocă inclus în NGB este formarea fierului în bandă. BIFs (așa cum sunt cunoscute cu afecțiune) sunt roci sedimentare care indică, de asemenea, un mediu oceanic, deoarece aceste minerale sedimentare de fier se formează și se așează din coloana de apă. (Citiți mai multe despre formarea BIFs aici). Digurile intruzive mafic și ultramafic apar, de asemenea, în cadrul NGB.
NGB este delimitat de o rocă intruzivă felsică cunoscută sub numele de tonalit (Vezi harta de mai jos). Atât NGB, cât și tonalitul sunt tăiate de un tip similar de rocă felsică numită pegmatită. Corpurile intruzive tonalite și pegmatite conțin zircon necesar pentru datarea radiometrică U / Pb, care a furnizat o dată exactă de 3,77 Ga. Datorită relației transversale a rocii intruzive cu NGB, aceasta oferă doar o vârstă minimă pentru NGB de 3,77 Ga . Investigații suplimentare sunt necesare pentru a înțelege vârsta maximă.
rocile de piatră verde ale NGB sunt rămășițe ale crustei oceanice antice cu o compoziție mafică până la ultramafică (vezi diagrama compoziției de mai sus). Rocile cu compoziție ultramafică nu conțin zircon și rocile mafice rareori. Zirconul este un mineral care se găsește de obicei în roca magmatică mai felsică în compoziție, cum ar fi granitul. Uraniu-plumb (U/Pb) datarea izotopică este „standardul de aur” pentru precizie, în special în roca foarte veche. Lipsa zirconului în NGB va pune sub semnul întrebării orice altă metodă utilizată pentru a furniza date.
În 2008, Jonathan O ‘ Neil, un tânăr doctorand de la Universitatea McGill din Quebec, Canada, a contestat data presupusă pentru NGB investigând un patch amfibolit ciudat în NGB (imagine). Un amfibolit este o rocă mafică metamorfozată, prin urmare, zirconul nu este prezent. O ‘ Neil a folosit o tehnică de datare și comparații izotopice ale elementelor rare, dar omniprezente ale samariului (Sm) și neodimului (Nd). Folosind această tehnică, O ‘ Neil a determinat vârsta reală a NGB să fie de 4,28 Ga . Analiza suplimentară a probelor suplimentare de atunci a împins data înapoi și mai mult la 4,31 Ga . Dacă este adevărat, roca NGB ar reprezenta cea mai veche rocă conservată din epoca Hadeană găsită pe planetă.
nu toți geologii care investighează aceste roci sunt de acord cu descoperirile lui O ‘ Neil. Interpretarea lor a datelor izotopice și comparațiile propun că semnăturile izotopice reprezintă doar faptul că NGB a fost derivat din roca preexistentă din epoca Hadeană și că vârsta formării NGB este Eoarheană (3,7 Ga). Această controversă va continua cu siguranță până când zirconul va fi găsit în NGB. Ești intrigat de căutarea celor mai vechi roci ale Pământului? Luați în considerare urmărirea studiilor postuniversitare în geologie. O mare parte din amploarea NGB nu a fost încă eșantionată.
cele mai vechi fosile ale Pământului?
centura Greenstone Nuvvuagittuq continuă să dea. În 2017, o echipă de cercetători și-a prezentat concluziile cu privire la ceea ce cred că sunt urme de viață găsite în formarea de fier în bandă a NGB . Investigația lor microscopică a BIF a dezvăluit tuburi mici din hematitul mineral de fier. Aceste tuburi se potrivesc cu forma și dimensiunea celor produse de bacterii în mediile moderne de aerisire hidrotermală. Bacteriile folosesc fierul pentru metabolismul lor. Cercetătorii au descoperit, de asemenea, grafitul mineral din BIF, care este compus în întregime din carbon. Grafit probabil format de metamorfism de material organic, deoarece conține niveluri reduse de izotop de carbon grele, carbon-13 (13C). Formele de viață sunt preferențiale în selectarea izotopului mai ușor al carbonului, carbon-12 (12C).
dacă această descoperire este adevărată, aceasta va fi cea mai veche dovadă a vieții fosile descoperite până acum. Formarea de fier în bandă NGB există în cadrul NGB și poate fi interpretată ca fiind depusă pe fundul mării antice reprezentat de greenstone. Acest NGB a fost datat fără îndoială de intruziuni magmatice transversale la 3.77 Ga. Acest lucru ar precede orice dovezi fosile descoperite anterior de câteva sute de milioane de ani (a se vedea la început). Dacă vârsta lui O ‘ Neil pentru NGB se menține, atunci fosilele ar putea fi la fel de vechi ca 4.31 Ga.
am înțeles?
Acasta Gneiss and Nuvvuagittuq Greenstone Belt
Start Quiz
rezumat
cele mai vechi minerale din scoarța terestră descoperite până acum sunt zirconii găsiți în roca sedimentară metamorfozată Archeană din dealurile Jack din sud-vestul Australiei. Analiza zirconului oferă în mod constant date de peste 4,0 Ga, cea mai veche fiind de 4,4 Ga. Stânca în care s-a format inițial zirconul ar fi fost una dintre cele mai vechi cruste continentale existente; din păcate, rocile originale care au furnizat aceste zirconi au dispărut cel mai probabil de mult. Cea mai veche rocă intactă găsită pe pământ până în prezent este din complexul acasta Gneiss din nord-vestul Canadei. Datele U / Pb ale zirconului de la Gneis ajung în Eonul Hadean la 4.02 Ga. Roca din centura Greenstone Nuvvuagittuq din nordul Quebecului, Canada nu conține zircon, deoarece este mafic până la ultramafic în compoziție și reprezintă crusta oceanică antică. Alternate izotopic datare tehnici dau o acoperire mult mai în vârstă înapoi în Hadean timpurie a 4.31 Ga. Există controverse în cadrul comunității științifice cu privire la această dată și cercetările continuă.
geologii continuă să caute Cratoane Archean pentru așchii de crustă Hadean. Sunt asigurate mai multe descoperiri care vor continua să avanseze înțelegerea și cunoașterea mediului din cele mai vechi timpuri ale Pământului.
referințe și lecturi suplimentare
Dziewonski, A. M.& Anderson, D. L. Modelul Pământului de referință preliminară. Fizică. Planeta Pământ. Inter. 25, 297–356 (1981).
Leave a Reply