Zirkoner, ett mineral som är nästan lika gammalt som jorden själv, kristalliseras när magma (smälta stenar) svalnar och kan hittas i spårmängder i magmatiska bergarter. Bildandet av magma utgör bergen på jorden. Genom interaktioner med vatten och atmosfären bryts bergen ner till sediment.
Zirkoner är så hållbara och motståndskraftiga mot väderpåverkan och erosion att de sällan försvinner, och därför har detta mineral i sediment (så kallade "detritella zirkoner") den största insikten i jordens historia. Zirkon berikar med U (U-Pb-datering), är en tidtagare och ger också ett kemiskt fönster till många geologiska fenomen, såsom oxidationstillstånd.
Denna förståelse ledde till en studie av Dr Rui Wang och hans Ph.D. studenten Shao-Chen Wu (Institute of Earth Sciences, China University of Geosciences, Peking), Dr. Roberto Weinberg och Dr. Peter Cawood (Monash University) och Dr. William Collins (Curtin University). Studien är publicerad i tidskriften Science Bulletin .
Teamet använder en ny metod av Loucks et al. (2020) för att bestämma oxidationstillståndet för granitmagma som använder förhållanden mellan Ce, U och Ti i zirkon för att spåra förändringen av oxidationstillståndet för jordskorpans magma genom jordens historia. Beräkningen kräver inte att en jonladdning är känd, inte heller krävs bestämning av kristallisationstemperatur, tryck eller parenteral smältsammansättning.
"Tidigare metoder inkluderar Ce/Ce* och Eu/Eu* oxibarometrar, men var och en har begränsningar relaterade till temperatur, tryck, värdbergets kemiska sammansättningsvariationer eller precision hos REE-element som behövs för att mäta Ce/Ce* och Eu/Eu* anomalierna ." Bob Loucks från västra Australien säger.
Denna förbättrade oxybarometer möjliggör en mer säker utvärdering av variationen i oxidationstillstånd, som nu kan tolkas i termer av globala tektoniska förändringar med tiden. Genom att bestämma oxidationsnivåerna för magman som bildade dessa detritala zirkoner, kan forskare härleda början av återvinning från skorpa till mantel, vittring och superkontinentcykeln.
Nyckelpunkten är att stenar som ligger på jordens yta kan bäras tillbaka ner till djupt i jordens mantel (hundratusentals till tusentals km under ytan. Våra data visar att detta inte bara händer idag, utan det kunde ha pågått på i miljarder år.
När vi tittar på zirkoner från den tidiga jorden, 3 miljarder år gamla zirkoner, till de som bildas idag, har vi hittat redoxtillståndet för magman där de bildades. Oxidationstillståndet (uttryckt som ΔFMQ) för de detritala zirkonerna steg med ~3,5 miljarder år, följt av ett konsekvent genomsnittligt ΔFMQ> 0 under de senaste 3 miljarderna åren, vilket tyder på återanvändning av oceanisk litosfär tillbaka in i manteln i vad som så småningom etablerades som subduktion zoner.
Den visar att den nedre gränsen för redoxtillståndet sjönk dramatiskt för 2,6 miljarder år sedan, vilket markerade bildandet av väldefinierade kontinenter och begravningen av oceaniska stenar tillbaka i jordens djupa mantel. Utöver det fann vi en cyklicitet av redoxmönstren:vart 600:e miljon år eller så samlas kontinenter för att bilda superkontinenter, som Gondwana, Rodinia, Nura och Superia.
Mer information: Rui Wang et al, Zircons avslöjar historien om fluktuationer i oxidationstillståndet för jordskorpans magmatism och superkontinentcykeln, Science Bulletin (2023). DOI:10.1016/j.scib.2023.10.034
Tillhandahålls av Science China Press
