Een nieuwe studie maakt gebruik van detritale zirkonen om de oude geologische processen te onthullen die de aarde hebben gevormd, van het recyclen van korst tot mantel tot de vorming van supercontinenten. Het onderzoek werd geleid door dr. Wang Rui en zijn promovendi Wu Shaochen (School of Earth Sciences, China University of Geosciences, Beijing), dr. Roberto Weinberg en dr. Peter Cawood (Monash University) en dr. William Collins (Curtin University).
Zirkoon, een mineraal dat bijna zo oud is als de aarde zelf, registreert de tijd en biedt een chemisch venster op veel geologische verschijnselen, zoals oxidatietoestanden. Door de oxidatieniveaus te bepalen van het magma waaruit deze detritale zirkonen werden gevormd, konden wetenschappers afleiden wanneer de cyclus van korst tot mantel, verwering en supercontinentale cycli begonnen. Bron: China Science Press
Zirkoon is een mineraal dat bijna zo oud is als de aarde zelf en dat kristalliseert wanneer magma (gesmolten gesteente) afkoelt. Het kan in sporenhoeveelheden in stollingsgesteenten worden aangetroffen. De vorming van magma vormt de bergen op aarde. Door interacties met water en de atmosfeer vallen bergen uiteen in sedimenten.
Zirkoon is sterk en stabiel, bestand tegen verwering en erosie, en gaat zelden verloren in de geschiedenis. Het is dus dit mineraal in sedimenten (het zogenaamde "detritale zirkoon") dat het meeste inzicht geeft in het verleden van de aarde. Zirkoon, rijk aan uranium (U-Pb-bepaling), registreert de tijd en biedt een chemisch venster op veel geologische verschijnselen, zoals oxidatietoestanden.
Het onderzoeksteam gebruikte een nieuwe methode van Loucks et al. (2020) om de oxidatietoestand van granietmagma te bepalen, waarbij de verhoudingen van Ce, U en Ti in zirkonen worden gebruikt om veranderingen in de oxidatietoestand van aardkorstmagma gedurende de geschiedenis van de aarde te volgen. De berekeningsmethode vereist geen kennis van ionenladingen, noch bepaling van de kristallisatietemperatuur, druk of moedersmeltsamenstelling.
"Eerdere methoden omvatten Ce/Ce* en Eu/Eu* zuurstofmanometers, maar elke methode heeft beperkingen met betrekking tot temperatuur, druk, veranderingen in de chemische samenstelling van het gastgesteente of de nauwkeurigheid van REE-elementen die nodig zijn om Ce/Ce* en Eu/Eu*-afwijkingen te meten." zei Bob Loucks uit West-Australië.
Deze verbeterde oxidator maakt een betrouwbaardere beoordeling van veranderingen in de oxidatietoestand mogelijk, die nu kunnen worden geïnterpreteerd in termen van veranderingen in de mondiale tektoniek in de loop van de tijd. Door de oxidatieniveaus te bepalen van het magma waaruit deze detritale zirkonen werden gevormd, konden wetenschappers afleiden wanneer de cyclus van korst tot mantel, verwering en supercontinentale cycli begonnen.
Het belangrijkste punt is dat gesteenten die zich op het aardoppervlak bevinden, diep in de mantel kunnen worden teruggebracht (honderden tot duizenden kilometers onder het oppervlak). Uit onze gegevens blijkt dat dit fenomeen niet alleen vandaag de dag plaatsvindt, maar mogelijk al miljarden jaren aan de gang is. Door te kijken naar zirkonen vanaf de vroege aarde, 3 miljard jaar geleden, naar zirkonen die vandaag de dag worden gevormd, ontdekten we de redoxtoestand van het magma toen ze zich vormden.
De oxidatietoestand (uitgedrukt als ΔFMQ) van detritale zirkonen nam ongeveer 3,5 miljard jaar geleden toe en bedroeg vervolgens de afgelopen 3 miljard jaar gemiddeld ΔFMQ> 0, wat erop wijst dat de oceanische lithosfeer terug in de mantel in de laatste subductiezone werd gerecycled. De studie toont aan dat de ondergrens van de redoxtoestand 2,6 miljard jaar geleden scherp daalde, wat de vorming markeerde van goed gedefinieerde continenten en het begraven van oceanische rotsen in de diepe mantel van de aarde. Bovendien ontdekten de onderzoekers ook een cyclisch karakter van het redoxpatroon: ongeveer elke 600 miljoen jaar komen continenten samen om supercontinenten zoals Gondwana, Rodinia, Nura en Suberia te vormen.
Samengesteld uit: ScitechDaily