Zirkone offenbaren die Geschichte der Schwankungen im Oxidationszustand des Krustenmagmatismus und des Superkontinentzyklus

Zirkone, ein Mineral, das fast so alt ist wie die Erde selbst, kristallisieren, wenn Magmen (geschmolzenes Gestein) abkühlen, und können in Spurenmengen in magmatischen Gesteinen gefunden werden. Durch die Entstehung von Magma entstehen die Berge auf der Erde. Durch Wechselwirkungen mit Wasser und Atmosphäre zerfallen die Berge in Sedimente.

Zirkone sind so langlebig und widerstandsfähig gegen Witterungseinflüsse und Erosion, dass sie selten verschwinden. Daher bietet dieses Mineral in Sedimenten (sogenannte „Detritalzirkone“) den größten Einblick in die Erdgeschichte. Zirkon reichert sich mit U an (U-Pb-Datierung), ist ein Zeitmesser und bietet auch einen chemischen Einblick in viele geologische Phänomene, wie z. B. den Oxidationszustand.

Dieses Verständnis führte zu einer Studie von Dr. Rui Wang und seinem Ph.D. Student Shao-Chen Wu (Institut für Geowissenschaften, China University of Geosciences, Peking), Dr. Roberto Weinberg und Dr. Peter Cawood (Monash University) und Dr. William Collins (Curtin University). Die Studie ist veröffentlicht im Tagebuch Wissenschaftsbulletin.

Das Team nutzt eine neue Methode von Loucks et al. (2020) zur Bestimmung des Oxidationszustands granitischer Magmen, bei dem Verhältnisse von Ce, U und Ti in Zirkon verwendet werden, um die Änderung des Oxidationszustands von Krustenmagmen im Laufe der Erdgeschichte zu verfolgen. Für die Berechnung muss weder die Ionenladung bekannt sein, noch ist die Bestimmung der Kristallisationstemperatur, des Kristallisationsdrucks oder der Zusammensetzung der Ausgangsschmelze erforderlich.

„Frühere Methoden umfassen Ce/Ce*- und Eu/Eu*-Oxybarometer, aber jede hat Einschränkungen in Bezug auf Temperatur, Druck, Schwankungen in der chemischen Zusammensetzung des Wirtsgesteins oder die Präzision der REE-Elemente, die zur Messung der Ce/Ce*- und Eu/Eu*-Anomalien erforderlich sind .“ Bob Loucks aus Westaustralien sagt.

Dieses verbesserte Oxybarometer ermöglicht eine sicherere Bewertung der Variation des Oxidationszustands, die nun im Hinblick auf globale tektonische Veränderungen im Laufe der Zeit interpretiert werden kann. Durch die Bestimmung des Oxidationsgrads der Magmen, die diese Geröllzirkone gebildet haben, können Wissenschaftler den Beginn des Recyclings von der Kruste zum Erdmantel, der Verwitterung und des Superkontinentzyklus ableiten.

Der entscheidende Punkt ist, dass Gesteine, die an der Erdoberfläche liegen, bis tief in den Erdmantel (Hunderte bis Tausende von Kilometern unter der Oberfläche) zurückgetragen werden können. Unsere Daten zeigen, dass dies nicht nur heute geschieht, sondern auch hätte passieren können seit Milliarden von Jahren.

Bei der Betrachtung von Zirkonen aus der Frühzeit der Erde, von 3 Milliarden Jahre alten Zirkonen bis hin zu denen, die heute entstanden sind, haben wir den Redoxzustand der Magmen gefunden, in denen sie entstanden sind. Der Oxidationszustand (ausgedrückt als ΔFMQ) der detritalen Zirkone stieg nach etwa 3,5 Milliarden Jahren an, gefolgt von einem konstanten durchschnittlichen ΔFMQ > 0 über die letzten 3 Milliarden Jahre, was darauf hindeutet, dass die ozeanische Lithosphäre zurück in den Mantel gelangt, was sich schließlich als Subduktion herausstellte Zonen.

Es zeigt, dass die untere Grenze des Redoxzustands vor 2,6 Milliarden Jahren dramatisch gesunken ist, was die Bildung klar definierter Kontinente und die Einbettung ozeanischer Gesteine ​​in den tiefen Erdmantel markiert. Darüber hinaus fanden wir eine Zyklizität der Redoxmuster: Etwa alle 600 Millionen Jahre kommen Kontinente zusammen und bilden Superkontinente wie Gondwana, Rodinia, Nura und Superia.