Хадейский циркон

редактировать
Самый старый из сохранившихся материалов земной коры с самого раннего геологического периода Земли

Хадейский циркон - самый древний из сохранившихся коровый материал из самого раннего геологического периода Земли, хадейского эона, около 4 миллиардов лет назад. Циркон - это минерал, который обычно используется для радиометрического датирования, поскольку он очень устойчив к химическим изменениям и в большинстве магматические и метаморфические вмещающие породы.

Аэрофотоснимок Джек-Хиллз, Австралия.

Циркон хадейского происхождения имеет очень низкое распространение во всем мире из-за вторичного использования материала пластиной тектоника. Когда порода на поверхности зарыта глубоко в землю, она нагревается и может перекристаллизоваться или расплавиться. В Джек-Хиллс, Австралия, ученые получили относительно исчерпывающие сведения о кристаллах циркона Гадея в отличие от других мест. Скалы Джек-Хиллз относятся к архейскому эону, возраст которых составляет около 3,6 миллиарда лет. Однако кристаллы циркона там старше пород, содержащих их. Было проведено множество исследований для определения абсолютного возраста и свойств циркона, например, изотопных соотношений, минеральных включений и геохимии <2.>из циркона. Характеристики гадийских цирконов показывают раннюю историю Земли и механизм земных процессов в прошлом. На основании свойств этих кристаллов циркона было предложено множество различных геологических моделей.

Содержание

  • 1 Предпосылки
    • 1.1 Важность
      • 1.1.1 Более глубокое понимание истории Земли
      • 1.1.2 Научный вклад
    • 1.2 Изобилие
    • 1.3 Типы
  • 2 Свойства
    • 2.1 Возрастное распределение
    • 2.2 Геохимия изотопов
    • 2.3 Минеральные включения
    • 2.4 Геохимия циркона
  • 3 Аналитический метод
    • 3.1 Ионный микрозондовый анализ
    • 3.2 Электронно-микрозондовый анализ
  • 4 Встречаемость
    • 4.1 Австралия
    • 4.2 Северная Америка
    • 4.3 Азия
    • 4.4 Южная Америка
  • 5 Предлагаемые механизмы образования цирконов Hadean Jack Hills
  • 6 Источники

Предпосылки

Важность

Более глубокое понимание истории Земли

Геологическая история Хадейского эона ранней Земли малоизвестна из-за отсутствия летописей горных пород старше 4,02 млрд лет (гига-год или миллиарда лет). Большинство ученых признают, что механизм переработки пластин расплавил почти все части земной коры. Однако некоторые крошечные части коры не были расплавлены, так как были обнаружены некоторые редкие зерна гадейского циркона, включенные в гораздо более молодые вмещающие породы. Исследование хадейских обломочных или унаследованных зерен циркона может свидетельствовать о геофизических условиях ранней Земли.

Научный вклад

Поскольку существует нет убедительных доказательств того, что истинная среда на раннем этапе Земли описывалась, многие модели были созданы для объяснения ранней истории Земли. Высокая величина теплопродукции и ударного потока в Хади доказала, что континентальной коры не существует, что сильно отличается от современного процесса. В отсутствие большого количества нераспределенных данных и в рамках ограничений аналитических методов, вычисления по геофизике и планетологии были быстро развиты для изучения этой новой области знаний.

Изобилие

Менее 1% обнаруженных в мире цирконов имеют возраст более четырех миллиардов лет. Вероятность обнаружения хотя бы одного циркона возрастом более четырех миллиардов лет очень мала. Обилие циркона возрастом более четырех миллиардов лет в Джек-Хиллз является аномально высоким для большинства архейских кварцитов, и, таким образом, вероятность обилия других пятен чрезвычайно низка (между 0,2-0,02%).

Приняв уран-свинцовое датирование (U-Pb) вместе с другими аналитическими методами, можно получить больше геохимической информации. Только 3% из более чем 200000 зерен обломочного циркона, датированных U-Pb анализом, имеют возраст более четырех миллиардов лет.

График соотношения концентраций урана и иттербия в зависимости от иттрия (U / Yb vs Y) показывает различные сигнатуры микроэлементов источников циркона. Звезды - это данные для циркона из кимберлита, треугольники - это циркон Hadean Jack Hills, а круги - циркон из океанской коры.

Типы

Из-за разного содержания урана и концентрации микроэлементов четыре группы цирконов идентифицированы, как показано ниже

Низкие температуры кристаллизации и характеристики микроэлементов две основные характеристики, которые различают циркон, полученный из мантии, и циркон, полученный из океанической коры. Лунные и метеоритные цирконы уникальны из-за их сигнатуры REE, например, отсутствия аномалии церия. Температура кристаллизации составляет от 900 до 1100 ° C. В отличие от земных цирконов Гадея, температура которых ограничена 600-780 ° C. Циркон Hadean Jack Hills имеет широкий диапазон фракции кислорода по сравнению с метеоритными цирконами. Никаких внеземных цирконов не обнаружено ни в одной наземной местности. Текстурные характеристики, такие как рост зонирование и включение минералогии, показывают, что все цирконы Гадея из Джек-Хиллз происходят из магматических источников.

Свойства

Гистограммы согласного Джека Цирконы холмов. Это гистограмма быстрого первоначального исследования отдельных возрастов 207Pb / 206Pb, предпринятого для определения популяции>4,2Ga. Имеется 3 доминирующих пика и 2 второстепенных пика.

Неуказанные образцы, использованные для анализа ниже, представляли собой циркон Jack Hills в Австралии из-за высокого содержания и доступных данных.

Распределение по возрасту

U-Pb датирование в системе циркона U-Pb долгое время считалось коровым геохронометром, потому что циркон химически устойчив и обогащен U и Th по сравнению с дочерним продуктом Pb. Микроэлементы и изотопный состав циркона важны для определения среды кристаллизации.

Результаты исследования обломочных цирконов с места открытия Эравондо-Хилл конгломерата обычно показывают, что цирконы имеют бимодальное возрастное распределение с основными пиками в ок. 3,4 и 4,1 млрд лет.

Однако циркон чувствителен к радиационным повреждениям и может разлагаться до аморфного материала. Циркон Hadean с исходной концентрацией урана более 600 ppm подвергается сомнению из-за эффекта посткристаллизационных изменений.

Геохимия изотопов

Стабильные изотопные данные, указывающие на то, что исходные вмещающие породы циркона связаны со значительным количеством материала, образовавшегося на поверхности Земли или вблизи нее и впоследствии перенесенного до среднего и нижнего уровня земной коры, где они плавятся с образованием вмещающих магм, из которых кристаллизовался циркон.

Тип данныхНаблюдениеИнтерпретацияОграничение
Соотношение изотопов кислорода Гранитоиды с более низкими значениями ઠOВместо этого были гидротермальные взаимодействия с метеорной водой выветривания.Отсутствует исчерпывающая запись проанализированных участков внутри зерен, что приводит к трудностям в установлении связи возраста конкретно датированных частей зерен циркона с их кислородом и изотопом гафния систематика и концентрации микроэлементов.
Отношения изотопов кислорода были измерены в цирконах Гаде. Высокое значение 18 ઠ SMOW, наблюдаемое в цирконах Хадин-Джек-Хиллс, привело к двум различным представлениям об источнике гадийского циркона. Обогащенные O глинистые минералы были обнаружены в вмещающая порода зерен циркона.Вода присутствовала на поверхности Земли около 4,3 млрд лет.
Цирконы Хадена Джек Хиллс содержат больше O-обогащений, чем цирконы мантии, примерно на 5,3%. Протолиты гранитоидов I-типа дают относительно низкие значения O, в то время как протолиты, образованные метаосадочными породами S-типа, имеют более высокие значения O.Присутствие в протолите переработанного материала коры, который взаимодействовал с жидкой водой под поверхностью или вблизи поверхности.
Лютеций-гафний Отношение данные по изотопам гафния данные Hf / Hf в породах земной коры согласуются с формированием коры с 4,5 млрд лет.систематика Lu-Hf потенциально указывает на существование рано сформировавшегося коллектора, подобного континентальному корка в степени обеднения Lu относительно Hf.Большинство данных соответствует формированию коры на 4,5 млрд. лет назад, в то время как некоторые данные по циркону необоснованно требуют удаления протолита из хрондритовый однородный резервуар (CHUR). Поскольку эти дополнительные результаты, исследования не могут соответствовать положительному значению E Hf (T) из-за сложности анализа изотопов Hf и отсутствия одновременной доступности данных по U-Pb.
Кластер результатов по линия, соответствующая Lu / Hf ~ 0,01, низкий коллектор на ~ 4GaДанные согласуются либо с ранним извлечением очень кислой коры, либо с переплавлением первичного базальта резервуара, но в любом случае экстраполяция этой тенденции дает текущее значение εHf (T) примерно -100Событие повторного использования ок. 3,9–3,7 млрд лет, что напоминает эволюцию изотопов Hf современных орогенов, связанных с субдукцией, и поэтому может иметь дополнительное тектоническое значение.
Плутоний-ксенонНекоторые зерна циркона Гадена первоначально содержали плутоний, элемент, который с тех пор исчез из окружающей среды. В записи метеорита отношение содержания исходного плутония к урана (Pu / U) составляло около 0,007, а Pu присутствовал в начале солнечной Система.Результат соотношения может быть интерпретирован как потеря ксенона во время более позднего метаморфизма. Уран окислился до растворимого уранил-иона (UO 2), в то время как растворимость соединений плутония низкая, вариации Pu / U считаются эффективным индикатором водные изменения в протолитах Джек-Хиллз.Только Nd / U имеет корреляции, ожидаемые от водных процессов, за исключением анализа изотопных отношений Xe, возраста U-Pb, содержания микроэлементов и δ18O
Начальные отношения Pu / U в цирконе Jack Hills колеблются от ~ 0,007 до нуля.Из-за потери Xe во время более позднего метаморфизма. Вариации в Pu / U были предложены как потенциальный индикатор водных изменений в протолитах циркона Jack Hills
Цирконы с высоким содержанием Nd / U показывают только низкие значения Pu / U, в то время как цирконы Nd / U демонстрируют более неоднородный Pu / UГруппа с высоким содержанием Nd / U, по-видимому, менее магматически эволюционировала, чем другие цирконы Гаде, имеет структуру РЗЭ, указывающую на некоторую степень изменения, вызванную взаимодействием гидротермального флюида или фосфат и состоит исключительно из цирконов с низким содержанием Pu / U с диапазоном от хадейского до протерозойского U-Xe возраста
Литий Изотопы лития значительно различаются в гаденских цирконах. Результат по изотопу Li для цирконов Hadean Jack Hills дал сильно отрицательные значения.Среда формирования циркона сильно выветрилась.Высокая скорость диффузии лития в цирконе при низкой температура и обмен с водородом во время метаморфизма - это два примера последующих изменений лития, которые могут ограничивать полезность измерений.
Li однородно распределен в пределах отдельных зон роста цирконов. Цирконы Jack Hills зональны как по содержанию Li, так и по Li.Эти значения коррелируют с зональностью магматического роста.

Минеральные включения

Зеленовато-коричневый биотит с непрозрачными включениями магнетита и желто-фиолетовым мусковитом (микроскопический микроскоп с кросс-поляризацией). view)

Разработка текстурных критериев для идентификации первичных включений открывает возможности для распознавания меняющегося происхождения цирконов с течением времени и исследования их истории пост-осадочных изменений. Есть две общие ассоциации включений, которые согласуются с их формированием в «I-типе» (роговая обманка, кварц, биотит, плагиоклаз, апатит, ильменит ) и «S-тип» (кварц, калиевый полевой шпат, мусковит, монацит ) гранитоиды. Преобладает кварц с меньшим содержанием калиевого полевого шпата, плагиоклаза, мусковита, биотита и фосфатов, которые, как считается, образовались при относительно низком геотермическом градиенте, аналогичном тому, который характерен для современных зон субдукции.

Тип данныхНаблюдениеИнтерпретация
Мусковит Кварц и мусковит - основные фазы включения, потенциально указывающие на глиноземистые гранитный источник. Хопкинс (2010) использовал термодинамическую модель раствора для целадонита замещения в мусковите для оценки давления для включений мусковита в магматических цирконах. Результат показал, что условия давления для более чем 1700 образцов включений превышают 5 кбар в сочетании с относительно низкой температурой кристаллизации основного циркона.Включение мусковита в сочетании с термодинамической моделью подразумевает, что Поверхность Земли имела чрезвычайно низкий тепловой поток. Этот результат заставил ученых предположить, что образование в подземной среде или субдукционной -подобной среде, обнаруженной на современной Земле
оксидов железа Цериевая аномалия циркона (Ce / Ce *) является количественное исследование вмещающей магмы fO2. Цирконы Hadean Jack Hills показывают диапазон значений fO 2 со средним значением около фаялит - магнетит - кварцевый (FMQ) буфер. 143>Хадейская геологическая обстановка аналогична современной верхней мантии.
Биотит Состав биотита различается среди гранитоидов. Изолят содержания FeO, MgO и Al 2O3известково-щелочной, глиноземистые и щелочные гранитоиды.Природа составов хадейских расплавов может
Сульфидные и углеродистые фазы были обнаружены в цирконе Хадея, хотя количество случаев невелико.Редкие фазы удалили летучие содержания в хадейских магмах и исходных материалах.
Графит Зная наличие углерода, существование жизни может быть выявлено в аспекте времени, условий и механизмов.Изотопный результат показал, что возраст циркона составляет от 3,8 до 3,5 миллиардов лет, а метаболизм произошел внутри хозяина микробиота.

Геохимия циркона

Анализируя содержание циркона, некоторые цирконы показывают присутствие титана, редкоземельных минералов, лития, алюминия и углерода. Определенное соотношение и нормальное распределение указывают на происхождение циркона и источник магмы.

Тип данныхНаблюдениеИнтерпретацияОграничение
Титан Содержание Ti-в-цирконе служит термометр кристаллизации с учетом данных о расплаве a SiO2 и TiO2. Измерения Ti были применены к зернам в диапазоне от 3,91 до 4,35 млрд лет, и большинство данных строят графики с нормой график распределения.Кристаллизация зерен Ti в цирконе происходит из выделившихся расплавов.Она дала чрезвычайно высокую температуру 680 ± 25 ° C. Поскольку кристаллизация рутила неизвестна, исследователи могут оценить температуру только расчетным путем.
Редкоземельный минерал Цериевая аномалия циркона (Ce / Ce *) - это количественное исследование вмещающей магмы. f O2. Результат показал низкое значение отношения Ce / Ce *.Разнообразие исходных материаловсигнатуры РЗЭ в некоторых зернах циркона, которые были интерпретированы как указание на кристаллизацию этих зерен из выделившихся расплавов.
В анализе EDS вместо этого во включении преобладал магнетит ильменита в гранитоидах.Гидротермальное чередование циркона часто определяется высокой плоской структурой легких редкоземельных минералов (LREE).
Литий Зональность лития в цирконе служит индикатором пиковой температуры, в то время как исследование удержания первичных сигналов остаточных магнитов. Циркон Jack Hills, содержащий полосу концентрации Li шириной ~ 5 мк, для которой требуется максимальная температура нагрева циркона ниже 500 ° C.Зерна можно применять для изучения первичного магнетизма, поскольку оно не превышает температуры Кюри, которая составляет 585 ° C для магнетита.. метаконгломераты на холме Эравонду не испытывали температуры выше 500 ° C. Результат показал, что есть различия в данных и термической истории в разных проявлениях.
Алюминий Глиноземистые гранитоиды содержат около 10 ppm алюминия в цирконе Jack Hills, тогда как Циркон I-типа и A-типа получил в среднем 1,3 ppm. Молярное значение Al 2O3/ (CaO + Na 2 O + K 2 O) больше 1.Происходит из переработанного пелитовый материал.Небольшое количество циркона в образце содержит высокое содержание Al, что позволяет предположить, что металлооксидные породы земной коры более распространены, чем глиноземистые породы в Хадее. Однако перекрытие ~ 20% с низким содержанием алюминия (т. Е. < 5 ppm) in S-type zircons somewhat obscures this inference.
Некоторые зерна показывают высокое содержание алюминияМеталлические породы земной коры могут быть более распространены, чем глиноземистые породы в Хадее.
Углерод Ученые измерили концентрацию углерода в форме графита в цирконе с помощью масс-спектрометра вторичных ионов (SIMS). Обнаружение углерода гадейской коры может гарантировать перенос углерода из мантийных резервуаровРазрешить выбор среди моделей ранней Земли.Довольно много ранних моделей Земли содержат это свойство, которое не может подтвердить, какая модель верна

Аналитический метод

Ионный микрозондовый анализ

Ионный микрозондовый анализ

Ионный микрозонд (или вторичная ионная масс-спектрометрия, SIMS) и уран-торий-свинцовая геохронология - это два распространенных метода измерения изотопа в определенном временном интервале.

Высокоточные ВИМС-измерения на месте изотопов кислорода и отношений OH / O, лазерная абляция с индуктивно связанной масс-спектрометрия (LA-ICP-MS) определение изотопов гафния и атомно-зондовая томография. LA-ICP-MS - наиболее распространенный на сегодняшний день метод с использованием изотопов, но он не позволяет измерить Pb. Следовательно, существует вероятность того, что появление единичных цирконов возрастом более 4 миллиардов лет может быть связано с включением нерадиогенного свинца.

Электронный зондовый микроанализатор

U-Pb датирование, измерения дельта O и Ti могут быть проверены ионным микрозондом CAMECA ims 1270. На образец наносится эпоксидная смола. Для проведения анализа необходима плоская поверхность образца. U-Pb-датирование и измерение T используют первичный пучок кислорода с низкой интенсивностью (10-15 нА). Стандарт возраста U-Pb AS3 был использован для датировок. Концентрация Ti может быть определена на основании анализа циркона Jack Hills и стекла NIST610.

Электронно-микрозондовый анализ

Для исследования включений использовался электронный микрозондовый анализатор JEOL 8600 (EPMA) для химического анализа циркона. Он используется для анализа химического состава материала. Электронные лучи излучаются на поверхность минерала, выдувают ионы и оценивают содержание элементов в образце очень маленького размера. В этом анализе можно измерить сразу несколько изотопов, например Ti и Li.

Возникновение

Красные точки обозначают местонахождение циркона Гаде на карте мира
ВстречиАналитический метод и результатИнтерпретация

Австралия

Mt. NarrierДатирование 80 обломочных цирконов из кварцитов с помощью ионного микрозонда показало, что от 2% до 12% зерен>4,0 Ga, а более молодые цирконы находятся в диапазоне примерно до 3 Ga. В исследовании LA-ICP-MS, Mt. Цирконы Narryer имеют более высокое содержание U и самое низкое Ce / Ce * в отличие от цирконов Jack HillsРазнообразие материнской породы. Магматическое происхождение.
Чурла УэллсЗерна имеют от 4,14 до 4,18 Ga по данным датирования 207Pb / 206Pb. Центральная область имеет гораздо более низкие Hf, REE, U и Th, чем другие внешние области. В то время как содержание U в ядре составляет около 666 частей на миллион, Th / U составляет 0,6.Происхождение гранитной магмы
Мейнард-ХиллзДатирование зеленокаменного пояса показало, что возраст 207Pb / 206Pb составляет 4,35 Ga./
Гора АльфредКонкордантный циркон имеет возраст 4,17 Га. Данные по геохимии не собирались./

Северная Америка

Северо-Западная территория, КанадаВозраст кристаллизации протолита составляет 3,96 Ga, проанализированный U-Pb датированием. Методом LA-ICP-MS был установлен возраст циркона 4.20 + 0.06Ga. Неизмененный циркон, полученный описанным выше методом, получил структуру LREE.Магматическое происхождение. Образование из кислого расплава в результате процесса, отличного от дифференциации основной магмы
ГренландияВозраст кристаллизации определен как 3,83 ± 0,01 Ga с помощью ионного микрозондового датирования. 4,08 ± 0,02Ga было идентифицировано в U-Pb съемке/

Азия

ТибетМетодом ионного микрозонда соотношение Th / U обломочных зерен превышает 0,7Магматическое происхождение
Северный ЦиньлинВозраст ксенокристаллического циркона в орогенном поясе Северный Циньлин согласно LA-ICP-MS составляет 4,08 Га. Изотоп Hf также подтверждает возрастные данные теста LA-ICP-MS/
Северо-Китайский кратонЦиркон составляет 4,17 ± 0,05 Ga, определенный методом U-Pb датирования LA-ICP-MS. Отношение Th / U составляет 0,46Магматическое происхождение
Южный КитайU-Pb датирование с помощью ионно-зондового микрозонда, возраст Pb / Pb составляет 4,13 ± 0,01 млрд лет с 5,9 ± 0,1% 18 Данные по изотопу O. Положительная аномалия церияранняя земля представляет собой сильно окисляющую среду и высокую температуру кристаллизации Ti-в-цирконах, равную 910 ° C.

Южная Америка

Южная Гайана4,22 Ga по методу U-Pb датирования LA-ICP-MS. Никаких других геохимических анализов не проводилось./
Восточная БразилияВозраст породы 4,22Ga, отношение Th / U 0,8 и высокое содержание U (до 1400 частей на миллион)Фельзит-магматический origin

Предлагаемые механизмы образования цирконов Хадей Джек-Хиллз

Современная теория тектонических плит

Теория тектонических плит широко применяется для образования коры. Однако до сих пор неизвестно, как образовалась ранняя Земля. Изучив летописи хадейских горных пород, большинство ученых пришли к выводу, что вера в адскую раннюю Землю без океана ошибочна. Ученые построили различные модели для объяснения термической истории в ранней истории, включая модель континентального роста, исландские риолиты, промежуточные магматические породы, основные магматические породы, прогиб, ударное расплавление, тектонику тепловых труб, земные KREEP и многоэтапные сценарии.

Самая известная из них - это модель роста континентов, аналогичная современной тектонической динамике. Относительно низкая температура кристаллизации, некоторые из них обогащены тяжелым кислородом, содержат включения, аналогичные процессам современной земной коры, и демонстрируют свидетельства силикатной дифференциации на уровне ~ 4,5 млрд лет. Ранняя земная гидросфера, ранняя земная кора, в которой образовались гранитоиды, а затем выветривается в условиях высокой активности воды и даже при возможном существовании границ плиты взаимодействий.

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-22 10:20:12
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте