Wetenschap
Zirkonen onthullen de geschiedenis van fluctuaties in de oxidatietoestand van aardkorstmagmatisme en de supercontinentcyclus
Zirkonen, een mineraal dat bijna zo oud is als de aarde zelf, kristalliseren wanneer magma's (gesmolten gesteenten) afkoelen en kunnen in sporenhoeveelheden in magmatische gesteenten worden aangetroffen. De vorming van magma vormt de bergen op aarde. Door interactie met water en de atmosfeer vallen de bergen uiteen in sedimenten.
Zirkonen zijn zo duurzaam en bestand tegen verwering en erosie dat ze zelden verdwijnen, en daarom bevat dit mineraal in sedimenten (de zogenaamde "detritale zirkonen") het grootste inzicht in de geschiedenis van de aarde. Zirkoon verrijkt met U (U-Pb-datering), houdt de tijd bij en biedt ook een chemisch inzicht in veel geologische verschijnselen, zoals de oxidatietoestand.
Dit inzicht leidde tot een onderzoek door Dr. Rui Wang en zijn Ph.D. student Shao-Chen Wu (Instituut voor Aardwetenschappen, China University of Geosciences, Beijing), Dr. Roberto Weinberg en Dr. Peter Cawood (Monash University), en Dr. William Collins (Curtin University). De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Wetenschapsbulletin .
Het team gebruikt een nieuwe methode van Loucks et al. (2020) voor het bepalen van de oxidatietoestand van granietmagma's, waarbij verhoudingen van Ce, U en Ti in zirkoon worden gebruikt om de verandering in de oxidatietoestand van aardkorstmagma's door de geschiedenis van de aarde te volgen. Voor de berekening is het niet nodig dat een ionische lading bekend is, noch is de bepaling van de kristallisatietemperatuur, druk of oorspronkelijke smeltsamenstelling vereist.
"Eerdere methoden omvatten Ce/Ce* en Eu/Eu* oxybarometers, maar elke methode heeft beperkingen met betrekking tot temperatuur, druk, variaties in de chemische samenstelling van het gesteente of de precisie van REE-elementen die nodig zijn om de Ce/Ce* en Eu/Eu* afwijkingen te meten ." zegt Bob Loucks uit West-Australië.
Deze verbeterde oxybarometer maakt een betrouwbaardere evaluatie mogelijk van de variatie in de oxidatietoestand, die nu kan worden geïnterpreteerd in termen van mondiale tektonische veranderingen in de loop van de tijd. Door de oxidatieniveaus te bepalen van de magma's die deze detritale zirkonen vormden, kunnen wetenschappers het begin van de recycling van korst naar mantel, verwering en de supercontinentcyclus afleiden.
Het belangrijkste punt is dat gesteenten die op het aardoppervlak liggen, kunnen worden teruggevoerd naar diep in de aardmantel (honderden tot duizenden kilometers onder het oppervlak). Onze gegevens laten zien dat dit niet alleen vandaag de dag gebeurt, maar ook had kunnen gebeuren. miljarden jaren aan.
Als we kijken naar zirkonen vanaf de vroege aarde, 3 miljard jaar oude zirkonen, tot de zirkonen die vandaag de dag worden gevormd, hebben we de redoxtoestand gevonden van de magma's waarin ze zich vormden. De oxidatietoestand (uitgedrukt als ΔFMQ) van de detritale zirkonen steeg met ~3,5 miljard jaar, gevolgd door een consistente gemiddelde ΔFMQ> 0 gedurende de afgelopen 3 miljard jaar, wat erop wijst dat de oceanische lithosfeer terug in de mantel wordt gerecycled in wat uiteindelijk werd gevestigd als subductie zones.
Het laat zien dat de ondergrens van de redoxtoestand dramatisch daalde op 2,6 miljard jaar geleden, wat de vorming markeerde van goed gedefinieerde continenten en het begraven van oceanische rotsen terug in de diepe mantel van de aarde. Daarnaast ontdekten we een cycliciteit van de redoxpatronen:ongeveer elke 600 miljoen jaar komen continenten samen om supercontinenten te vormen, zoals Gondwana, Rodinia, Nura en Superia.