Mineraler i vulkansk sten giver ny indsigt i de første 1,5 milliarder år af Jordens evolution

De første 1,5 milliarder år af Jordens udvikling er behæftet med betydelig usikkerhed på grund af manglen på nogen betydelig stenrekord før fire milliarder år siden og en meget begrænset rekord indtil for omkring tre milliarder år siden. Klipper i denne alder ændres sædvanligvis omfattende, hvilket gør sammenligninger med moderne sten ganske vanskelige. I ny forskning udført på LSU, forskere har fundet beviser for, at komatiitter, tre milliarder år gammel vulkansk sten fundet i jordens kappe, havde en anden sammensætning end moderne. Deres opdagelse kan tilbyde nye oplysninger om de første milliarder år af Jordens udvikling og livets tidlige oprindelse. Resultater af teamets arbejde er blevet offentliggjort i oktober 2017 -udgaven af Naturgeovidenskab .

Grundforskningen kom fra mere end tre årtier med LSU -forskere, der studerede og kortlagde Barberton -bjergene i Sydafrika. Forskergruppen, herunder LSU -geologiprofessorer Gary Byerly og Huiming Bao, geologi ph.d. -kandidat Keena Kareem, og LSU -forsker Benjamin Byerly, udført kemiske analyser af hundredvis af komatiit -sten, der er udtaget fra omkring 10 lavastrømme.

"Tidlige arbejdere havde kortlagt store områder forkert ved at antage, at de var korrelativer til den meget mere berømte Komati-formation i den sydlige del af bjergene. Vi genkendte denne fejl og begyndte en detaljeret undersøgelse af klipperne for at bevise vores kortbaserede fortolkninger, "sagde Gary Byerly.

Inde i klipperne, de opdagede originale mineraler kaldet frisk olivin, som var bevaret i bemærkelsesværdige detaljer. Selvom mineralet sjældent findes i klipper udsat for metamorfisme og overfladeforvitring, olivin er hovedbestanddelen i Jordens øvre kappe og styrer karakteren af ​​vulkanisme og tektonisme på planeten. Ved hjælp af sammensætninger af disse friske mineraler, forskerne havde tidligere konkluderet, at det var de hotteste lavaer, der nogensinde brød ud på Jordens overflade med temperaturer nær 1600 grader celsius, hvilket er cirka 400 grader varmere end moderne udbrud på Hawaii.

"At opdage frisk uforandret olivin i disse gamle lavaer var et bemærkelsesværdigt fund. Feltarbejdet var fantastisk produktivt, og vi var ivrige efter at vende tilbage til laboratoriet for at bruge kemien i disse konserverede olivinkrystaller til at afsløre spor af Archean Mantle, "sagde Kareem

Forskerne foreslår, at der måske er bevaret en del tidligt magmahav i de cirka 3,2 milliarder år gamle mineraler.

"Den moderne jord viser kun få eller ingen tegn på dette tidlige magmahav, fordi konvektion af kappen stort set har homogeniseret den lagdeling, der produceres i magmahavet. Iltisotoper i disse friske oliviner understøtter eksistensen af ​​gamle bidder af det frosne magmahav. Stener som Dette er meget sjældent og videnskabeligt værdifuldt. Et oplagt næste trin var at lave oxygenisotoper, "sagde Byerly.

Denne undersøgelse voksede ud af arbejde, der fandt sted i LSU's laboratorium til undersøgelse af iltisotoper, en facilitet i verdensklasse, der tiltrækker forskere fra USA og internationale institutioner til samarbejde. Resultaterne af undersøgelsen var så usædvanlige, at det krævede ekstra omhu for at være sikker på resultaterne. Huiming Bao, som også er leder af LSU's oxygen -isotoperlaboratorium, sagde, at teamet triple og quadruple kontrollerede dataene ved at køre med forskellige referencemineraler og ved at kalibrere med andre uafhængige laboratorier.

"Vi forsøgte at forene fundene med nogle af de konventionelle forklaringer på lava med oxygenisotopkompositioner som disse, men intet kunne fuldt ud forklare alle observationer. Det blev tydeligt, at disse klipper bevarer signaturer af processer, der fandt sted for over fire milliarder år siden, og som stadig ikke er fuldstændigt forstået, sagde Benjamin Byerly.

Oxygenisotoper måles ved omdannelse af sten eller mineraler til en gas og måling af iltforholdene med de forskellige masser på 16, 17, og 18. En række processer fraktionerer ilt på jorden og i solsystemet, herunder atmosfærisk, hydrosfærisk, biologisk, og høj temperatur og tryk.

"Forskellige planeter i vores solsystem har forskellige oxygen -isotopforhold. På Jorden ændres dette af overfladeatmosfære og hydrosfære, så variationer kan skyldes enten heterogen kappe (oprindelig ophobning af planetaffald eller rester af magmahav) eller overfladeprocesser, "sagde Byerly." Enten kan være interessant at studere. Sidstnævnte, fordi det også ville give oplysninger om Jordens tidlige overfladetemperatur og livets tidlige oprindelse. "