Зеленокаменный пояс Исуа — архейский зеленокаменный пояс на юго-западе Гренландии , возраст которого составляет от 3,7 до 3,8 миллиардов лет. [2] Пояс содержит в различной степени метаморфизованные основные вулканические и осадочные породы и является крупнейшим выходом на поверхность эоархейских супракрустальных пород на Земле. [3] Благодаря своему возрасту и низкой степени метаморфизма [4] по сравнению со многими эоархейскими породами, зеленокаменный пояс Исуа стал объектом исследований по возникновению жизни [5] [6] и стилю тектоники , действовавшей на ранней Земле. [7] [8]
Зеленокаменный пояс Исуа, также известный как супракрустальный пояс Исуа , поскольку он состоит в основном из супракрустальных пород , расположен на юго-западе Гренландии , в террейне Исукасия , [1] недалеко от столичного региона Нуук . [9] Он образует крупнейший супракрустальный анклав в комплексе гнейсов Итсак, который в основном состоит из кислых ортогнейсов возрастом 3850–3600 миллионов лет (млн лет) . [10] Зеленокаменный пояс состоит из двух основных последовательностей метаморфизованных основных вулканических и осадочных пород, которые были разделены на основе датирования цирконом, ураном и свинцом . Эти последовательности — «южный террейн», возраст которого составляет приблизительно 3800 млн лет, и «северный террейн», возраст которого составляет приблизительно 3700 млн лет. [3] Более молодой южный террейн далее подразделяется на два субтеррейна: один преимущественно состоит из метавулканических пород, подобных бониниту , а другой состоит из толеитовых и пикритовых метавулканитов. [3] Зеленокаменный пояс Исуа ограничен на западе разломом Ивингуит, который разделяет эоарахейский комплекс гнейсов Итсак от более молодых ( мезоархейских ) пород террейна Акиа . В другом месте он ограничен фельзитовыми ортогнейсами комплекса гнейсов Итсак. Они показывают похожее возрастное разделение с супракрустальными породами самого зеленокаменного пояса Исуа, с гнейсами 3800 Ma к югу от пояса и гнейсами 3700 Ma к северу от пояса. [3]
Большое количество геологических и геохимических методов было применено к породам пояса зеленокаменных пород Исуа. Они включают подразделение различных литологий и единиц в пределах пояса с использованием комбинации геологического картирования и датирования циркона U-Pb , как правило, с использованием чувствительного высокоразрешающего ионного микрозонда (SHRIMP) , анализов; [3] химии основных и следовых элементов; [11] [12] структурного анализа; [6] [7] [13] геотермобарометрии и метаморфического моделирования с использованием фазовых диаграмм для определения метаморфических условий; [4] [14] и широкого спектра стабильных , [15] [16] радиогенных , [17] и короткоживущих изотопных систем. [18]
Зеленокаменный пояс Исуа включает в себя множество различных литологий. Наиболее распространенными типами пород являются основные метавулканические породы с диапазоном составов от бонинитовых до толеитов и пикритов . Хотя бонинитовые амфиболиты в Исуа часто интерпретируются как свидетельство действия тектоники плит, [20] они не являются истинными бонинитами [12] и не тектонические модели плит также могут объяснить их образование. [11] Текстурно основные метавулканические породы включают подушечные лавы и подушечные брекчии , которые указывают на то, что лавы извергались субаквально и требуют присутствия поверхностной воды в течение эоархея. Были обнаружены более фельзитовые вулканические составы, но неясно, представляют ли они вулканические или осадочные породы, [3] и единственные примеры потенциального андезита значительно выветрены. [21]
Основные вулканические последовательности содержат обильные метаультрамафические породы, включая амфиболиты, серпентиниты, карбонатные перидотиты и перидотит. [22] Большинство из них, как широко признано, имеют интрузивное происхождение, представляя собой ультрамафические кумулаты. [22] Некоторые перидотитовые линзы были интерпретированы как обдукцированные фрагменты мантии , [23] и использовались в качестве доказательства для поддержки работы тектоники плит во время формирования зеленокаменного пояса Исуа. Однако эта интерпретация оспаривается, и некоторые исследования предполагают, что все перидотиты в Исуа являются кумулатами, представляющими собой магматические камеры и каналы неглубокого уровня с вулканическими последовательностями. [24]
Метаосадочные породы включают полосчатую железистую формацию и обломочный кварцит , вероятно, представляющий собой метаморфизованную силикокластическую осадочную породу. [3] [25] Хотя они не являются частью самого супракрустального пояса, пояс размещен в местах, прорванных тоналит-трондьемит-гранодиоритовыми (TTG) ортогнейсами .
Тектоническая обстановка, в которой сформировался пояс зеленокаменных плит Исуа, остается спорной. Идеи можно в целом разделить на модели тектоники плит , в которых пояс сформировался в одной из нескольких возможных тектонических обстановок, существующих на современной Земле, [8] [26] и нетектонические плиты или неуниформистские модели , в которых пояс зеленокаменных плит Исуа сформировался в тектоническом режиме, который отличался от современного режима Земли. [7] Модели тектоники плит можно далее подразделить на те, которые утверждают, что пояс зеленокаменных плит Исуа или его части представляют собой офиолит , [ 8] [26] полоску обдукцированной океанической коры и мантии, и те, которые утверждают, что пояс представляет собой аккреционную призму, [13] [27], образованную в зоне субдукции. Нетектонические плиты обычно предполагают происхождение пояса из тепловой трубы или мантийного плюма . [7] [11] Это является частью гораздо более широкой дискуссии о том, когда на Земле возникла тектоника плит, и существовал ли на архейской Земле принципиально иной тектонический режим.
Furnes et al. (2007) предположили, что присутствие подушечных лав и близко расположенных параллельных даек указывает на то, что пояс зеленокаменных пород Исуа представляет собой офиолит. [8] Интерпретация параллельных даек как комплекса сплошных даек была особенно важна, поскольку комплексы сплошных даек являются диагностическими для океанической коры в офиолитах на современной Земле. Однако эта интерпретация была решительно оспорена на том основании, что сплошные дайки, предложенные Furnes et al., на самом деле были гораздо более молодым поколением даек, дайками Амералик возрастом около 3,5 млрд лет (Ga), и, следовательно, не связаны с подушечными лавами и другими вулканическими породами пояса. [21] [28] Другие возражения касались состава даек, которые не похожи на те, что обнаружены в современных офиолитах. [29]
Несмотря на разногласия по поводу наличия комплекса сплошных даек в Исуа, были предложены альтернативные линии доказательств в поддержку офиолитового происхождения пояса. Они в первую очередь основаны на геохимии вулканических пород в поясе: толеитовые амфиболиты были интерпретированы как метаморфизованные островные дуговые толеиты, [26] [30] [31] а бонинитоподобные амфиболиты были интерпретированы как представляющие собой метаморфизованные бониниты. [20] [26] [31] Однако последующие исследования указали на то, что бонинитоподобные амфиболиты на самом деле являются базальтами с низким содержанием титана, со слишком малым содержанием кремнезема, чтобы классифицировать их как бониниты, [12] и недавнее геохимическое моделирование предполагает, что весь диапазон вулканического состава в Исуа можно объяснить, не требуя установки тектонических плит. [11]
Еще одним доказательством, используемым для обоснования офиолитового происхождения пояса зеленокаменных пород Исуа, является наличие линз перидотита в вулканической последовательности, в частности, двух линз дунитов, называемых «линза А» и «линза В». [23] Было высказано предположение, что они представляют собой мантийные породы на основе их геохимии, текстур [32] и присутствия, по-видимому, минералов высокого давления. [23] Если это правда, то присутствие мантийных пород в супракрустальной последовательности в Исуа потребовало бы, чтобы эти породы были вытолкнуты на поверхность, что подтверждает офиолитовое происхождение пояса. [26] Однако более поздние работы оспаривают мантийное происхождение этих пород и предполагают, что все особенности линз дунитов можно объяснить тем, что они представляют собой ультрамафические кумулаты, образовавшиеся в магматических камерах, которые питали извержение вулканических пород в поясе зеленокаменных пород Исуа. [24] Если это так, то для их контакта с супракрустальными породами не требуется никакого надвига, а линзы дунитов не являются доказательством того, что зеленокаменный пояс Исуа является офиолитом.
Северо-восточная часть пояса зеленокаменных пород Исуа была интерпретирована как часть аккреционного клина на основе многочисленных небольших разломов и очевидных повторений супракрустальной последовательности, имеющих сходство с современными аккреционными клиньями. [13] Это было дополнительно подкреплено очевидными метаморфическими градиентами в той же части пояса, которые похожи на те, что наблюдаются в современных зонах субдукции. [27] Однако эта интерпретация была решительно оспорена на основании того, что типы пород и деформации чрезвычайно постоянны в различных разломах в предполагаемом аккреционном клине, [7] и что пиковые метаморфические степени постоянны по всему поясу. [4]
Неплитные тектонические модели включают модели тепловой трубы и мантийного плюма, [7] [11] обе из которых предполагают, что вулканические последовательности в Исуа образовались в результате извержения магм, полученных из мантии, с минимальным вкладом земной коры. В модели тепловой трубы [33] быстрое извержение вулканических пород и соответствующее удаление расплава из мантии ниже вызывает нисходящее движение литосферы и захоронение основных пород. Захороненные основные породы в конечном итоге нагреваются и плавятся, образуя TTG, связанные с зеленокаменным поясом Исуа. [7] Эта модель может объяснить основной состав пелитовых осадков в Исуа, предполагая, что во время его формирования присутствовало мало кислой коры, [11] и относительно простую деформацию и равномерную степень метаморфизма, наблюдаемую по всему поясу. [4] [7] Однако она подверглась критике по ряду причин, включая тот факт, что нет никаких доказательств того, что вулканические породы возрастом 3,7 млрд лет или TTG поднялись через последовательность возрастом 3,8 млрд лет, как можно было бы ожидать для вертикально расположенного вулканизма в модели тепловой трубы. [34]
После своего формирования пояс Исуа Гринстоун претерпел два крупных метаморфических эпизода. Первый предшествует образованию даек Амералик <3,5 млрд лет назад [3] и связан с эоархейской деформацией в Исуа. Условия амфиболитовой фации были достигнуты по всему поясу между ~3,7 и 3,6 млрд лет назад. [4] [14] [35] [36] [37] Хотя на основе минералов группы титан-гумита в перидотитах локально предполагались условия более высокого давления, [23] [36] надежность этих минералов для документирования процессов высокого давления была поставлена под сомнение. [24] Второе событие также достигло условий амфиболитовой фации и, по-видимому, было затяжным событием между ~2,9 и 2,6 млрд лет назад, за которым последовала широко распространенная регрессия локально различной интенсивности. [4] [14] [35] [37] Влияние этих двух метаморфических и деформационных событий значительно усложняет интерпретацию первичных геохимических составов и геологических структур, присутствующих в поясе (например, см. ниже).
Из-за своего возраста Isua Greenbelt долгое время был в центре внимания исследований, направленных на выявление признаков ранней земной жизни. В 1996 году геолог Стив Мойзис и его коллеги выдвинули гипотезу, что изотопно легкий углерод в богатых углеродом слоях структуры свидетельствует о биологической активности, которая там происходила. «Если только не существует неизвестного абиотического процесса, который способен как создавать такой изотопно легкий углерод, так и затем избирательно включать его в зерна апатита, наши результаты свидетельствуют о возникновении жизни на Земле по крайней мере за 3800 млн лет до настоящего времени». [15]
В августе 2016 года австралийская исследовательская группа представила доказательства того, что пояс зеленых камней Исуа содержит остатки колоний строматолитовых микроорганизмов, которые образовались приблизительно 3,7 миллиарда лет назад . [38] [39] Однако их интерпретации противоречивы. [38] [40] [41] Если эти структуры являются строматолитами, они старше самых старых ранее известных строматолитов, обнаруженных в формации Дрессер в Западной Австралии, на 220 миллионов лет. [38]
Сложность строматолитов, найденных в Исуа, если это действительно строматолиты, предполагает, что жизнь на Земле уже была сложной и прочной к моменту их формирования, и что самая ранняя жизнь на Земле, вероятно, возникла более 4 миллиардов лет назад. [38] Этот вывод частично подтверждается нестабильностью условий на поверхности Земли 3,7 миллиарда лет назад, которая включала интенсивную бомбардировку астероидами. [42] Возможное образование и сохранение окаменелостей этого периода указывают на то, что жизнь могла развиться рано и плодотворно в истории Земли. [42]
Окаменелости строматолитов кажутся волнистыми и куполообразными, обычно высотой 1–4 см (0,4–1,6 дюйма) и были обнаружены в богатых железом и магнием доломитах , которые недавно обнажились из-за таяния снега. [39] Окружающие породы предполагают, что строматолиты могли отложиться в мелководной морской среде. [38] В то время как большинство пород в поясе зеленых камней Исуа слишком метаморфически изменены, чтобы сохранить окаменелости, область обнаружения строматолитов могла сохранить исходные осадочные породы и ископаемые внутри них. [42] Однако некоторые геологи интерпретируют структуры как результат деформации и изменения исходной породы. [40]
Осадочные слои ISB, содержащие возможные строматолиты, покрывают вулканические породы, возраст которых составляет 3,709 млрд лет, и покрыты доломитовыми и полосчатыми железистыми образованиями с торий - урановыми цирконами , возраст которых составляет 3,695 ± 0,4 млрд лет. Все слои, включая те, что граничат со строматолитами, подверглись метаморфизму и деформации после осаждения, а температуры не превышали 550 °C (1000 °F). [38] [40]
Идентификация особенностей ISB как строматолитов является спорной, поскольку подобные особенности могут формироваться посредством небиологических процессов. [42] [40] Некоторые геологи интерпретируют текстуры над предполагаемыми строматолитами как накопление песка по бокам от них во время их формирования, предполагая, что особенности возникли во время осадочного процесса, а не посредством более поздней метаморфической деформации. [41] [38] [42] Однако другие предполагают, что породы настолько изменены, что любые осадочные интерпретации неуместны. [40]
В 2016 году геолог и ареолог Эбигейл Оллвуд заявила, что открытие строматолитов Исуа делает возникновение жизни на других планетах , включая Марс вскоре после его образования, более вероятным. [42] Однако в 2018 году она и группа дополнительных геологов опубликовали статью, которая поднимает важные вопросы относительно происхождения структур, интерпретируя их как возникающие в результате деформации. [40] Таким образом, строматолиты ISB остаются предметом продолжающегося исследования. [39]
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )