Циркон, минерал, почти такой же старый, как сама Земля, является хранителем времени, а также обеспечивает химическое окно во многие геологические явления, такие как степень окисления. Определив уровни окисления магмы, которая сформировала эти обломочные цирконы, ученые могут сделать вывод о начале рециклинга от коры к мантии, выветривания и цикла суперконтинента. Фото: Science China Press
Новое исследование использует обломочные цирконы, чтобы раскрыть древние геологические процессы, формирующие Землю, от переработки коры до мантии до образования суперконтинентов. Исследование возглавил доктор Руй Ван и его доктор философии. студент Шао-чен Ву (Институт наук о Земле, Китайский университет геонаук, Пекин), доктор Роберто Вайнберг и доктор Питер Кавуд (Университет Монаша) и доктор Уильям Коллинз (Университет Кертина).
Цирконы, минералы, почти ровесники самой Земли, кристаллизуются, когда магма (расплавленные породы) остывают, и их можно обнаружить в следовых количествах в магматических породах. Образование магмы образует горы на Земле. В результате взаимодействия с водой и атмосферой горы распадаются на отложения.
Цирконы настолько прочны и устойчивы к выветриванию и эрозии, что редко исчезают, и поэтому этот минерал в отложениях (так называемые «обломочные цирконы») хранит в себе величайшее понимание истории Земли. Обогащенный ураном циркон (датирование U-Pb) является хранителем времени, а также обеспечивает химическое окно во многие геологические явления, такие как степень окисления.
Скользящее среднее ΔFMQ магматического и осадочного циркона (доля ниже 10% не показана) с интервалами суперконтинентального амальгамирования. Более восстановленная магма, связанная с осадочными источниками, имеет размер ок. Цикличность 600 млн лет назад была установлена на уровне 2,6 миллиарда лет. Фото: Science China Press
Команда использует новый метод Лоукса и др. (2020) для определения степени окисления гранитной магмы, который использует соотношения Ce, U и Ti в цирконе для отслеживания изменения степени окисления коровой магмы на протяжении истории Земли. Для расчета не требуется знать ионный заряд, а также не требуется определение температуры кристаллизации, давления или состава исходного расплава.
«Предыдущие методы включают оксибарометры Ce/Ce* и Eu/Eu*, но каждый из них имеет ограничения, связанные с температурой, давлением, изменениями химического состава вмещающих пород или точностью элементов РЗЭ, необходимых для измерения аномалий Ce/Ce* и Eu/Eu*. ». Говорит Боб Лукс из Западной Австралии.
Достижения в области технологий оксибарометрии
Этот улучшенный оксибарометр позволяет более уверенно оценивать изменение степени окисления, которое теперь можно интерпретировать с точки зрения глобальных тектонических изменений с течением времени. Определив уровни окисления магмы, которая сформировала эти обломочные цирконы, ученые могут сделать вывод о начале рециклинга от коры к мантии, выветривания и цикла суперконтинента.
Ключевым моментом является то, что породы, лежащие на поверхности Земли, могут быть унесены обратно в глубь мантии Земли (на сотни и тысячи километров ниже поверхности). Наши данные показывают, что это происходит не только сегодня, но могло продолжаться и в течение долгого времени. Изучая цирконы ранней Земли, цирконы возрастом 3 миллиарда лет и цирконы, образовавшиеся сегодня, мы обнаружили окислительно-восстановительное состояние магм, в которых они сформировались.
Степень окисления (выраженная как ΔFMQ) обломочных цирконов выросла примерно через 3,5 миллиарда лет, после чего последовало постоянное среднее значение ΔFMQ > 0 в течение последних 3 миллиардов лет, что позволяет предположить рециркуляцию океанической литосферы обратно в мантию в местах, которые в конечном итоге стали называться зонами субдукции. . Оно показывает, что нижний предел окислительно-восстановительного состояния резко упал 2,6 миллиарда лет назад, что ознаменовало формирование четко очерченных континентов и захоронение океанических пород обратно в глубокую мантию Земли. Кроме того, мы обнаружили цикличность окислительно-восстановительных процессов: примерно каждые 600 миллионов лет континенты объединяются, образуя суперконтиненты, такие как Гондвана, Родиния, Нура и Суперия.
Ссылка: «Цирконы раскрывают историю колебаний степени окисления корового магматизма и суперконтинентального цикла», авторы Руй Ван, Шао-чен Ву, Роберто Ф. Вайнберг, Уильям Дж. Коллинз и Питер А. Кавуд, 31 октября 2023 г., Научный бюллетень.
DOI: 10.1016/j.scib.2023.10.034