Di basalt pulau moden terdapat kesan bahan utama dari Bumi yang terbentuk • Vladislav Strekopytov • Berita sains mengenai "Unsur" • Geofizik, Geologi, Geokimia

Di pulau-pulau basal moden terdapat jejak-jejak bahan primer dari bumi yang terbentuk

Rajah. 1. Letusan gunung berapi Kilauea di Hawaii pada tahun 1959 "sempadan = 0>

Rajah. 1. Letusan gunung berapi Kilauea di Hawaii pada tahun 1959. Anomali geokimia didapati dalam sampel lava dari letusan ini, menunjukkan bahawa sumber mereka adalah bahan protoplanet utama, 4.5 bilion tahun. Sumber: USGS / J.P. Eaton

Telah diketahui bahawa Bumi berlapis: ia terdiri dari cangkang inti dan sekitarnya – mantel bawah, mantel atas, kerak. Tetapi adakah dia selalu seperti itu? Bilakah, di mana tahap sejarah bumi telah berlaku pemisahan ini, dan sudah siap sepenuhnya sekarang? Mantel Bumi terdiri daripada batu-batu keras, yang bagaimanapun berada dalam keadaan plastik yang cukup untuk beredar di bawah pengaruh fluks panas, bercampur seperti dalam pengadun selama berbilion tahun. Secara tradisinya, bahan yang membentuk bahagian bumi itu sangat bercampur-campur dalam proses perolakan haba mantel, dan bahkan lebih awal – akibat daripada remelting dan pembezaan yang mendalam yang sudah mustahil untuk mengesan kesan bahan utama (protoplanetary) dari mana planet kita terbentuk. Walau bagaimanapun, dalam kajian basal pulau Pasifik, saintis menemui anomali geokimia yang luar biasa – bukti itubahawa takungan bahan utama masih dipelihara di dalam usus bumi.

Para penyelidik yang mempelajari Bumi, berusaha untuk melihat sejauh mungkin ke dalam sejarahnya, untuk memahami apa yang berlaku di peringkat awal kehidupan di planet kita. Cara paling jelas untuk mengetahui masa lalu geologi ialah mengkaji "rekod batu" batu kuno. Umur batu yang paling kuno dari batu kerak bumi yang diketahui saat ini, serpih dari tali pinggang greenstone (lihat tali pinggang Greenstone) Newvaguittuc di Kanada, adalah 4.28 bilion tahun (lihat Zaman batu paling kuno kerak bumi – 4.28 bilion tahun, "Unsur-unsur" , 30.09.2008), yang hampir 300 juta tahun kurang daripada umur Bumi. Dan mengenai apa yang berlaku di kedalaman 300 juta tahun "zaman gelap" belia awal planet ini, hanya ada tanggapan dan anggapan.

Planet kita dibentuk kira-kira 4.54 bilion tahun yang lalu dalam proses penambahan habuk dan sintering tetesan lekat kecil bahan (chondra) cakera protoplanet, dari bahan protoplanet yang sama seperti planet lain dari kumpulan Bumi Sistem Suria. Pada mulanya, ia bersaiz kecil, dan strukturnya lebih kurang homogen. Tetapi hampir serta-merta di dalam proto-Bumi, proses pembezaan bermula (lihatPembezaan graviti) – stratifikasi bahan planet dengan pembentukan nukleus dan cangkang sekitarnya. Peringkat pertama pembezaan adalah pemisahan bahan utama ke dalam fasa metalik dan silikat, yang menyebabkan pembentukan teras logam dan mantel primitif dalam 10 juta tahun pertama kehidupan dunia. Pada masa yang sama, elemen siderophilic (besi-terikat) yang lebih padat di tengah-tengah Bumi, membentuk teras, dan lithophilic ringan (terutamanya dalam bentuk silicates) dikumpulkan di cengkerang luar (mantle dan kerak).

Adalah dipercayai bahawa proses pemisahan benda darat ke dalam teras dan mantel telah diselesaikan sekitar 50-60 Ma selepas asal Bumi. Walau bagaimanapun, keterangan baru-baru ini muncul di dalam mantel, di sempadan dengan inti, serpihan (takungan) bahan utama (protoplanet) masih kekal, yang tidak diseragamkan dalam proses mencairkan mantle dan beberapa pencampuran berikutnya (Rajah 2). Ini terbukti dengan hasil kajian geokimia isotop tungsten dan helium dari basalt laut dari beberapa gunung berapi pulau moden, yang diterbitkan dalam jurnal Sains.

Sekumpulan saintis Amerika dan Perancis yang diketuai oleh Andrea Mündl dari University of Maryland mengkaji sampel basal yang muda (hingga 20 juta tahun) yang dipilih di Hawaii, Samoa dan Iceland. Ternyata nilai tungsten isotop adalah nilai 182W /184W dan helium 3Dia /4Beliau adalah ciri-ciri peringkat awal pembentukan Bumi – yang pertama 50 juta tahun hidupnya. Sampel ini adalah sangat kecil. 182W dan luar biasa banyak 3Dia, yang tipikal bukan untuk batuan terestrial moden, tetapi untuk bahan utama di mana planet itu terbentuk.

Tungsten isotope berat 184W stabil dan wujud di planet ini dari awal lagi dan mudah 182W berlaku hanya dengan pembusukan isotop hafnium yang sangat tidak stabil 182Hf, juga terletak pada bahan utama (protoplanet). Sistem isotop yang berpanjangan 182Hf /182W (182Hf →182W + 2β) adalah sangat mudah untuk mengkaji proses pembezaan planet. Semasa pembezaan, kedua-dua unsur berkelakuan dengan cara yang sama sekali berbeza: tungsten sisiophilic berusaha untuk menghubungi logam, menumpukan terutamanya dalam teras, dan hafnium lithophilic, yang berkaitan dengan mineral silikat, kekal di cengkerang luar.

Separuh hayat 182Hf adalah 8.9 juta tahun. Jadi keseluruhannya 182Hf sepatutnya hilang dari batu-batu bumi 50 juta tahun selepas pembentukannya, bergerak ke isotop cahaya tungsten 182W. Pada ketika ini, membentuk nilai stabil nisbah isotop. 182W /184W – sangat rendah untuk teras dan agak tinggi untuk seluruh bahagian silikat Bumi.

Hafnium dan tungsten pada peringkat yang berlainan dalam pembangunan Bumi

Rajah. 2 Peringkat awal pembentukan Bumi dan refleksi mereka dalam hubungan isotop Hf / W. Paparan grafik hipotesis yang diperiksa oleh pengarang artikel dalam Sains. Nisbah relatif – nisbah isotop primer; Kerak / Mantle – nisbah isotop dalam kerak dan mantel; Takungan – nisbah isotop dalam takungan bahan utama; Teras – nisbah isotop dalam nukleus; Nisbah purata – Purata nisbah isotop dalam kerak; Anomali – nisbah isotop tidak normal. Imej dari Majalah Kuantum

1) Pertambahan primer. 4.57 bilion tahun yang lalu, Matahari muncul dan bijirin debu dalam cakera protoplanet berkumpul secara seketika, membentuk "embrio" yang menyerang bumi – planetesimal, yang termasuk unsur-unsur seperti hafnium (termasuk isotop jangka pendek 182Hf) dan tungsten (terutamanya 184W).

2) Era perlanggaran gergasi dan pembezaan perkara terestrial. Sepanjang jutaan tahun yang akan datang, jisim bumi meningkat akibat berlanggar dengan banyak badan angkasa yang lebih kecil. Oleh kerana itu, Bumi menjadi panas, terdapat pemisahan cangkerangnya. Tungsten, bersama-sama dengan logam berat lain yang mana teras logam terbentuk, terjun ke arah pusat, sementara hafnium naik ke puncak, kerana ia mengambil bahagian dalam pembentukan lapisan silikat. Unsur-unsur yang paling ringan mula mengasingkan diri mereka di dalam kerangka paling luar – kerak. Pada masa yang sama, serpihan (takungan) bahan yang tidak dibezakan utama terus wujud di dalam mantel.

3) Tempoh "berhenti jam radioaktif". 50 juta tahun selepas permulaan sejarah bumi, keseluruhannya 182Hf bertukar menjadi 182Pembentukan W. pada zaman ini batu-batu paling kuno diperkaya dalam isotop 184W, dijelaskan oleh proses pembezaan yang berterusan di kedalaman Bumi atau dengan kehadiran takungan berasingan bahan utama dalam mantel.

4) Pengeboman lewat. Diyakini bahawa dalam masa beberapa ratus juta tahun yang akan datang, akibat serangan pengeboman objek-objek ruang kecil dengan suasana bumi yang masih tidak dilindungi, massa bumi tumbuh sekitar 0.5%.Pada masa ini, logam yang sepatutnya berada dalam nukleus akibat pembezaan – emas, platinum, tungsten (kebanyakannya 184W) dan lain-lain. Dalam kerak dan mantel nisbah isotop stabil (standard) terbentuk 182W /184W.

5) Pembentukan kerak bumi. Mungkin kerak asal terbentuk dalam masa pra-Archean. Pada satu ketika, ia berpecah menjadi pinggan yang mula bergerak. Proses-proses perolakan yang timbul di mantel menyebabkan "pendakian" ke permukaan bulu mantel, dengan bahan bahan takungan bahan utama yang masih terkubur di dalam mantel itu bergerak.

Isotop ringan tungsten juga boleh berfungsi sebagai penunjuk umur batu – batu tertua yang belum tertakluk kepada pemulihan lewat mengandungi jumlah yang tinggi 182W, dan bagi semua orang yang masih muda yang terlelap pencairan lengkap, nilai yang sama (standard) secara konsisten nisbah isotop adalah ciri. 182W /184W. Abnormally level yang tinggi 184W mencadangkan bahawa sumber basalt adalah zon yang mendalam, di mana bahan planet utama kekal. Anomali seperti itu ditemui dalam contoh-contoh dokumentasi pulau basalts Kepulauan Hawaii, Samoa dan Iceland.

Ketiga-tiga sistem pulau vulkanik yang dikaji disatukan oleh satu ciri: mereka adalah terhad kepada tempat-tempat panas yang terletak di atas zon halaju gelombang seismik yang rendah di sempadan antara teras dan mantel (ULVZ – Zon Halaju Ultra Rendah). Dalam kes di mana tempat panas terletak di bawah plat lithospheric bergerak, "jejak" dalam bentuk rantaian pulau-pulau gunung berapi (seperti Hawaii dan Samoa) kekal di permukaan dari melewati ia. Fakta ini pada satu masa menyebabkan kemunculan hipotesis mantap mantel – "titisan gergasi" gumpalan yang dipanaskan oleh bahan kurang likat yang semakin meningkat ke permukaan dari lapisan sempadan teras mantel dan menjadi elemen sistem perolakan mantel (Rajah 3).

Rajah. 3 Gambar yang dikira pergerakan konvensional di mantel Bumi dan mekanisme pembentukan bulu mantel. Z adalah kedalaman dari permukaan Bumi, X adalah jarak anggaran antara bulu mata. Imej dari Wikimedia Commons

Disebabkan fakta bahawa anomali anomali tungsten adalah ciri khas untuk gunung berapi pulau yang terletak di kawasan panas yang dikaitkan dengan ULVZ, adalah logik untuk menganggap bahawa bulu mantel membawa bahan takungan primer, dan juga perolakan adalah mekanisme yang paling penting dalam pencampuran (homogenisasi) bahan dalam mantel.

Untuk mengesahkan hipotesis mereka bahawa sumber pulau basalts titik panas adalah takungan dalam bahan planet utama, dibentuk pada 50 juta tahun pertama bumi, saintis juga telah mengenal pasti nisbah isotop helium di sampel basalt pulau yang sama. Isotop 3Dia sangat jarang di permukaan bumi dan dikaitkan dengan batu-batu tertua, yang praktikal tidak tertakluk kepada remelting. Tidak seperti dia 4Dia boleh dibentuk dalam proses pelepasan radioaktif uranium dan torium. Nisbah isotop tinggi 3Dia /4Dia tidak menunjukkan kehadirannya dalam komposisi batuan bahan utama, secara praktikal tidak berubah sejak pembentukan planet kita. Sebagai hasil penyelidikan, korelasi negatif didapati antara tungsten berat dan nisbah isotop helium. Ini menunjukkan bahawa helium yang ada dalam sampel ini adalah yang utama yang wujud dalam cakera protoplanet sebelum pembentukan Bumi.

Penulis menegaskan bahawa anomali geokimia yang dijelaskan bukanlah ciri-ciri semua titik panas, tetapi hanya bagi mereka yang terletak di atas zon halaju ultralow (ULVZ) di sempadan antara teras dan mantel.Basalt tempat panas dan lavas arka pulau gunung berapi yang terletak di sepanjang sempadan plat lithospherik dicirikan oleh nilai-nilai normal. 182W dan nilai rendah yang homogen 3Dia /4Dia.

Kumpulan saintis Kanada-Amerika yang diketuai oleh Hanika Rizo dari University of Quebec di Montreal telah melaporkan tentang mencari anomali tungsten positif pertama yang terdapat pada batu-batu berusia 62 juta tahun di Laut Baffin (lihat Greenika; Hanika Rizo, Richard J. Walker , Richard W. Carlson, Mary F. Horan, Sujoy Mukhopadhyay, Vicky Manthos, Don Francis, Matthew G. Jackson, 2016. Pemeliharaan komposisi. Walaupun begitu, Rizzo membuat hipotesis bahawa batu-batu ini adalah hasil pendakian bulu mantel yang diperkaya 182W disebabkan kehadiran di dalam takungan yang mendalam dari mana plum itu terpisah, bahan utama kepunyaan tempoh "bayi" di planet ini. Penyelidik mencadangkan bahawa ini adalah serpihan-serpihan planet yang entah bagaimana selamat dari proses pembentukan Bumi.

Nampaknya mantel Bumi tidak homogen seperti yang kelihatannya banyak, dan serpihan bahan protoplanet utama, dari mana semua planet Bumi terbentuk, mungkin tetap berada di dalamnya.

Sumber:
1) Andrea Mundl, Mathieu Touboul, Matthew G. Jackson, James M. D. Day, Mark D.Kurz, Vedran Lekic, Rosalind T. Helz, Richard J. Walker. Tungsten-182 heterogen di pulau-pulau samudera moden Sains. 2017. V. 356. P. 66-69. DOI: 10.1126 / science.aal4179.
2) Hanika Rizo, Richard J. Walker, Richard W. Carlson, Mary F. Horan, Sujoy Mukhopadhyay, Vicky Manthos, Don Francis, Matthew G. Jackson. Basalts dunia banjir. Sains. 2016. V. 352. P. 809-812. DOI: 10.1126 / science.aad8563.

Vladislav Strekopytov


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: