Зеленокаменный пояс Исуа — архейский зеленокаменный пояс на юго-западе Гренландии , возраст которого составляет от 3,7 до 3,8 миллиардов лет. [2] Пояс содержит по-разному метаморфизованные основные вулканические и осадочные породы и является крупнейшим обнажением эоархейских супракрустальных пород на Земле. [3] Из-за своего возраста и низкой степени метаморфизма [4] по сравнению со многими эоархейскими породами, Зеленокаменный пояс Исуа стал центром исследований возникновения жизни [5] [6] и стиля тектоники , действовавшей на ранняя Земля. [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 гнейсовом комплексе Ицак, который преимущественно состоит из кислых ортогнейсов возрастом 3850–3600 миллионов лет назад . [10] Зеленокаменный пояс состоит из двух основных последовательностей метаморфизованных основных вулканических и осадочных пород, которые были разделены на основе циркон -урано-свинцового датирования . Эти толщи представляют собой «южный террейн», возраст которого составляет около 3800 млн лет, и «северный террейн», возраст которого составляет около 3700 млн лет. [3] Более молодой южный террейн далее подразделяется на два субтеррейна: один преимущественно состоит из бонинит -подобных метавулканических пород, а другой включает толеитовые и пикритовые метавулканиты. [3] Зеленокаменный пояс Исуа ограничен на западе разломом Ивиннгуит, который отделяет эоарахейский комплекс гнейсов Ицак от более молодых ( мезоархейских ) пород террейна Акиа . В остальном он ограничен кислыми ортогнейсами Ицак-Гнейсового комплекса. Они демонстрируют такое же возрастное деление, что и супракрустальные породы самого Зеленокаменного пояса Исуа: гнейсы 3800 магний к югу от пояса и гнейсы 3700 магний к северу от пояса. [3]
К породам Зеленокаменного пояса Исуа применено большое количество геологических и геохимических методов. К ним относятся подразделение различных литологий и подразделений внутри пояса с использованием сочетания геологического картирования и U-Pb датирования цирконов , обычно с использованием чувствительного ионного микрозонда высокого разрешения (SHRIMP) , анализа; [3] химия основных и микроэлементов; [11] [12] структурный анализ; [6] [7] [13] геотермобарометрия и метаморфическое моделирование с использованием фазовых диаграмм для определения метаморфических условий; [4] [14] и широкий спектр 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 бонинитов до толеитов и пикритов . Хотя бонинитовые амфиболиты Исуа часто интерпретируются как свидетельство действия тектоники плит, [20] они не являются настоящими бонинитами [12] , и их образование могут объясняться моделями, не связанными с плитами. [11] По текстуре основные метавулканики включают подушечные лавы и подушечные брекчии , что указывает на то, что лавы извергались под водой и требуют присутствия поверхностных вод во время эоархея. Наблюдались более кислые вулканические составы, но неясно, представляют ли они вулканические или осадочные породы [3] , и единственные примеры потенциального андезита значительно выветрились. [21]
Основные вулканические толщи содержат обильные мета-ультраосновные породы, в том числе амфиболиты, серпентиниты, карбонатизированные перидотиты и перидотиты. [22] Большинство из них, как принято считать, имеют интрузивное происхождение и представляют собой ультраосновные кумулаты. [22] Некоторые линзы перидотита были интерпретированы как закрытые фрагменты мантии , [23] и использованы в качестве доказательства, подтверждающего действие тектоники плит во время формирования Зеленокаменного пояса Исуа. Однако эта интерпретация оспаривается, и некоторые исследования предполагают, что все перидотиты в Исуа представляют собой кумулаты, представляющие собой магматические очаги на мелководье и каналы с вулканическими толщами. [24]
Метаосадочные породы включают полосчатое железо и обломочный кварцит , вероятно, представляющие собой метаморфизованную кремнисто- обломочную осадочную породу. [3] [25] Хотя они не являются частью самого супракрустального пояса, пояс размещен внутри и в местах, где прорваны тоналит-трондьемит-гранодиоритовые (ТТГ) ортогнейсы .
Тектонические условия, в которых сформировался Зеленокаменный пояс Исуа, остаются спорными. Идеи можно в общих чертах разделить на модели тектонических плит , в которых пояс сформировался в одной из нескольких возможных тектонических ситуаций, существующих на современной Земле, [8] [26] и модели без тектонических плит или неуниформистские модели , в которых Зеленокаменный пояс Исуа сформировался в тектоническом режиме, отличном от режима современной Земли. [7] Модели тектонических плит можно далее подразделить на те, которые утверждают, что Зеленокаменный пояс Исуа или его части представляют собой офиолит , [8] [26] полоску скрытой океанической коры и мантии, и те, которые утверждают, что пояс представляет собой аккреционная призма, [13] [27] образовалась в зоне субдукции. Тектонические модели, не связанные с плитами, обычно предполагают происхождение пояса из тепловой трубки или мантийного плюма . [7] [11] Это является частью гораздо более широкой дискуссии о том, когда на Земле возникла тектоника плит и существовала ли архейская Земля в условиях принципиально иного тектонического режима.
Фурнес и др. (2007) предположили, что наличие подушечных лав и близко расположенных параллельных даек указывает на то, что Зеленокаменный пояс Исуа представляет собой офиолит. [8] Интерпретация параллельных даек как комплекса пластинчатых даек была особенно важна, поскольку комплексы пластинчатых даек являются диагностическими показателями океанической коры в офиолитах на современной Земле. Однако эта интерпретация была сильно оспорена на том основании, что слоистые дайки, предложенные Furnes et al. на самом деле были гораздо более молодым поколением даек, дайками Амералик возрастом около 3,5 миллиардов лет (Ga), и, следовательно, не связанными с подушечными лавами и другими вулканическими породами пояса. [21] [28] Другие возражения связаны с составом даек, которые отличаются от тех, которые встречаются в современных офиолитах. [29]
Несмотря на разногласия по поводу наличия комплекса расслоенных даек в Исуа, были предложены альтернативные доказательства в поддержку офиолитового происхождения пояса. Они основаны, прежде всего, на геохимии вулканических пород пояса: толеитовые амфиболиты интерпретируются как метаморфизованные толеиты островных дуг, [26] [30] [31] и бонинитоподобные амфиболиты интерпретируются как метаморфизованные бониниты. [20] [26] [31] Однако последующие исследования показали, что бонинитоподобные амфиболиты на самом деле представляют собой базальты с низким содержанием титана и слишком небольшим количеством кремнезема, чтобы их можно было классифицировать как бониниты, [12] и недавнее геохимическое моделирование показывает, что весь Диапазон вулканического состава на Исуа можно объяснить, не требуя тектонических условий плит. [11]
Еще одним доказательством, используемым для обоснования офиолитового происхождения Зеленокаменного пояса Исуа, является присутствие линз перидотита в вулканической толще, в частности двух дунитовых линз, называемых «линзой А» и «линзой Б». [23] Утверждалось, что они представляют собой мантийные породы на основании их геохимии, текстуры, [32] и присутствия, очевидно, минералов высокого давления. [23] Если это правда, то наличие мантийных пород в супракрустальной толще Исуа потребовало бы, чтобы эти породы были выброшены на поверхность, что подтверждает офиолитовое происхождение пояса. [26] Однако более поздние работы оспаривают мантийное происхождение этих пород и предполагают, что все особенности дунитовых линз могут быть объяснены тем, что они представляют собой ультраосновные кумулаты , образовавшиеся в магматических камерах, которые питали извержения вулканических пород в Зеленокаменном поясе Исуа. [24] Если это так, то для их контакта с супракрустальными породами не требуется никаких надвигов, а линзы дунитов не доказывают, что Зеленокаменный пояс Исуа представляет собой офиолит.
Северо-восточная часть Зеленокаменного пояса Исуа была интерпретирована как часть аккреционного клина на основании многочисленных мелких разломов и очевидных повторений супракрустальной толщи, имеющих сходство с современными аккреционными клиньями. [13] Это также подтверждается очевидными метаморфическими градиентами в той же части пояса, которые аналогичны тем, которые наблюдаются в современных зонах субдукции. [27] Однако эта интерпретация была сильно оспорена на том основании, что типы и деформации горных пород чрезвычайно одинаковы по различным разломам предполагаемого аккреционного клина, [7] и что пиковые степени метаморфизма одинаковы по всему поясу. [4]
Неплитные тектонические модели включают модели тепловых трубок и мантийных плюмов, [7] [11] обе из которых предполагают, что вулканические последовательности в Исуа образовались в результате извержения магмы мантийного происхождения с минимальным вкладом земной коры. В модели тепловых трубок [33] быстрое извержение вулканических пород и соответствующий вынос расплава из мантии ниже вызывает движение литосферы вниз и захоронение основных пород. Погребенные основные породы в конечном итоге нагреваются и плавятся, образуя ТТГ, связанные с Зеленокаменным поясом Исуа. [7] Эта модель может объяснить основной состав пелитовых отложений в Исуа, предполагая, что во время его формирования присутствовало небольшое количество кислой коры, [11] и относительно простая деформация и однородная метаморфическая степень, наблюдаемая по всему поясу. [4] [7] Однако его критиковали по ряду причин, включая тот факт, что нет никаких доказательств того, что вулканические породы или ТТГ возрастом 3,7 млрд лет поднялись через последовательность 3,8 млрд лет, как можно было бы ожидать от вертикально сложенного вулканизма в модель тепловой трубки. [34]
После своего формирования Зеленокаменный пояс Исуа претерпел два крупных метаморфических эпизода. Первый предшествует формированию даек Амералик возрастом <3,5 млрд лет [3] и связан с эоархейской деформацией на острове Исуа. Условия амфиболитовой фации были достигнуты по всему поясу между ~ 3,7 и 3,6 млрд лет назад . , [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 длительным событием между ~ 2,9 и 2,6 млрд лет назад, за которым последовал широкомасштабный регресс локально различной интенсивности. [4] [14] [35] [37] Влияние этих двух метаморфических и деформационных событий значительно усложняет интерпретацию первичного геохимического состава и геологических структур, присутствующих в поясе (например, см. ниже).
Из-за своего возраста Зеленый пояс Исуа уже давно находится 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 указывает на биологическую активность, имевшую место там. «Если не существует какого-то неизвестного абиотического процесса, который способен одновременно создавать такой изотопно легкий углерод, а затем избирательно включать его в зерна апатита, наши результаты предоставляют доказательства появления жизни на Земле по крайней мере на 3800 млн лет назад». [15]
В августе 2016 года исследовательская группа из Австралии представила доказательства того, что Зеленокаменный пояс Исуа содержит остатки строматолитовых микробных колоний, образовавшихся примерно 3,7 миллиарда лет назад . [38] [39] Однако их интерпретации противоречивы. [38] [40] [41] Если эти структуры являются строматолитами, они на 220 миллионов лет старше самых старых ранее известных строматолитов, обнаруженных в формации Дрессер в западной Австралии. [38]
Сложность строматолитов, найденных в Исуа, если они действительно являются строматолитами, позволяет предположить, что жизнь на Земле уже была сложной и устойчивой к моменту их формирования, и что самая ранняя жизнь на Земле, вероятно, возникла более 4 миллиардов лет назад. [38] Этот вывод частично подтверждается нестабильностью состояния 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 возникнуть рано и активно в истории Земли. [42]
Окаменелости строматолитов имеют волнистую и куполообразную форму, обычно имеют высоту 1–4 см (0,4–1,6 дюйма) и были обнаружены в богатых железом и магнием доломитах , которые недавно обнажились в результате таяния снега. [39] Окружающие породы позволяют предположить, что строматолиты могли откладываться в мелководной морской среде. [38] Хотя большинство пород в Зеленокаменном поясе Исуа слишком метаморфически изменены, чтобы сохранить окаменелости, в районе открытия строматолитов, возможно, сохранились оригинальные осадочные породы и окаменелости внутри них. [42] Однако некоторые геологи интерпретируют эти структуры как результат деформации и изменения исходной породы. [40]
Осадочные слои ISB, содержащие возможные строматолиты, перекрывают вулканические породы возрастом 3,709 миллиарда лет и перекрыты образованиями доломита и полосчатого железа с ториево - урановыми цирконами возрастом 3,695 ± 0,4 миллиарда лет. Все слои, включая те, которые граничат со строматолитами, подверглись метаморфизму и деформации после отложения, а температура не превышала 550 ° C (1000 ° F). [38] [40]
Идентификация особенностей ISB со строматолитами является спорной, поскольку подобные особенности могут формироваться в результате небиологических процессов. [42] [40] Некоторые геологи интерпретируют текстуры над предполагаемыми строматолитами как скопление песка на их стенках во время их формирования, предполагая, что эти особенности возникли во время осадочного процесса, а не в результате 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 более вероятным появление жизни на других планетах , включая Марс , вскоре после его образования. [42] Однако в 2018 году она и группа геологов опубликовали статью, которая поднимает серьезные вопросы относительно происхождения структур, интерпретируя их как возникшие в результате деформации. [40] Таким образом, строматолиты ISB остаются предметом продолжающихся исследований. [39]
{{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )