El cinturón de piedra verde de Isua es un cinturón de piedra verde arcaico en el suroeste de Groenlandia . El cinturón tiene una antigüedad de entre 3.7 y 3.8 mil millones de años. [2] El cinturón contiene rocas volcánicas y sedimentarias máficas de metamorfosis variable . La ocurrencia de firmas geoquímicas boniníticas , caracterizadas por un agotamiento extremo de oligoelementos que no son fluidos móviles, ofrece evidencia de que los procesos tectónicos de placas en los que se derrite la corteza lítica pueden haber sido responsables de la creación del cinturón. [1] Otra teoría postula que el cinturón se formó mediante un proceso conocido como tectónica de placas verticales. [3]
Cinturón de piedra verde de Isua | |
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Punto mas alto | |
Elevación | 5 m (16 pies) |
Dimensiones | |
Largo | 35 km (22 millas) [1] [2] |
Área | 3000 km 2 (1200 millas cuadradas) |
Geografía | |
País | Groenlandia |
Geología | |
Orogénesis | 357 millones de años para formarse |
Edad del rock | Arcaico |
Tipo de roca | tonalita , rocas máficas , metasedimentitas , formaciones de hierro bandeado , granito y granodiorita |
En 2016, la nieve derretida reveló supuestos fósiles de estromatolito de 3.700 millones de años , que serían los más antiguos por varios cientos de millones de años descubiertos hasta ahora en la Tierra. [4] Si se confirma, el descubrimiento de estructuras complejas de estromatolitos en Isua tan temprano en la historia de la Tierra sugeriría que la vida evolucionó por primera vez en la Tierra hace más de 4 mil millones de años. [4] Actualmente existe un debate sobre si los especímenes son realmente biogénicos, lo que ha sido cuestionado por otro equipo de investigación que visitó el sitio. [5]
Descripción general
El cinturón de Isua Greenstone, también conocido como el cinturón supracrustal de Isua ya que está compuesto de roca supracrustal depositada sobre estratos rocosos del basamento, se encuentra en la parte suroeste de Groenlandia , en el terreno Isukasia , [1] cerca de la región de la capital Nuuk . [6] El cinturón de piedra verde está formado por rocas volcánicas y sedimentarias máficas metamorfoseadas que suelen estar yuxtapuestas por milonitas o límites de fallas . Mediante el uso de la datación con uranio-plomo en circón y titanita , la historia tectónica se fechó en aproximadamente 3.700-3.600 millones de años. Isua Greenstone ha sido estudiado por científicos de la Tierra debido a la evidencia de que el área es válida para la tectónica de placas primitiva de la Tierra, ya que alberga una de las secuencias tectónicas de placas antiguas más antiguas y mejor conservadas. [7] Además, el área es grande, está expuesta y hay áreas que han experimentado una deformación y alteración relativamente bajas de las secuencias de rocas originales. [2] La Isua Greenstone está dividida en una sección norte y otra sur por la falla de Ivinnguit, que se muestra en el mapa de abajo a la derecha. El área norte del Cinturón de Piedras Verdes de Isua se compone principalmente de rocas anfibolitas , rocas volcánicas , peridotita del manto superior y gabros estratificados ; una suite que sugiere acortamiento de la corteza . [2]
Los científicos han utilizado diferentes métodos para determinar cómo se formó el cinturón de piedra verde de Isua. Algunos concluyen que se formó en una antigua zona convergente océano-océano, donde la subducción provocó la fusión parcial y el metasomatismo del manto , así como la intrusión de tonalitas fundió parcialmente las rocas supracrustales suprayacentes y creó la primera corteza continental . Sin embargo, la evolución geológica del Isua Greenstone Belt sigue siendo controvertida, ya que los científicos intentan llegar a un consenso sobre cómo se formó: ya sea debido a una zona de subducción de este tipo oa algún otro proceso anterior como la tectónica de placas verticales . En última instancia, no se ha llegado a una conclusión específica de cómo se formó el cinturón de piedra verde de Isua, pero se han propuesto algunas piezas del rompecabezas.
Metodos cientificos
En un intento por comprender el origen del Isua Greenstone Belt, los científicos han utilizado varios métodos diferentes. Estos incluyen la datación de circonio U-Pb que mide la desintegración del uranio en plomo en circones utilizando una microsonda de iones de alta resolución sensible (SHRIMP) , el análisis de la composición y la química elemental, la representación de características tridimensionales en papel utilizando las proyecciones estereográficas que los geólogos llaman " stereonets ", y evaluando asociaciones litológicas . [2] Además de la información recopilada directamente de las rocas, los científicos también han utilizado observaciones de la ubicación de las rocas y cómo se separan en unidades: este es un enfoque más cinemático del área. Además, zonificadas granates de diferentes áreas de la Greenstone Belt Isua se han utilizado en garnet- biotita geotermometría , que se ha utilizado para determinar el tiempo de metamorfismo . [7] Los científicos han tratado de relacionar sus hallazgos con los sustitutos actuales de las zonas de subducción y otros eventos tectónicos.
Litologías
Los esfuerzos para representar las litologías iniciales y las formaciones tectónicas del Isua Greenstone Belt han sido difíciles debido a los inmensos episodios de metamorfismo regional que ha experimentado el área, [9] por lo que la mayoría de los esfuerzos se han centrado en el complejo norte, llamado Isukasia Terrane , [2] donde las rocas han experimentado un grado metamórfico más bajo. [2] Hay varias litologías que componen el Isua Greenstone Belt y se han localizado y mapeado los principales tipos de rocas. Estos incluyen los Amitsoq Tonalite-trondhjemita-granodiorita (TTG) ortogneises , lavas de almohada y la almohada brechas , formaciones de hierro en bandas, granodioritas y rocas metasedimentarias. Además, el área contiene otra, menos frecuente, litologías tales como meta- sílex , y máficas rocas volcánicas. [10] Aunque todavía hay cierto debate sobre la cinemática de cómo se formó cada tipo de roca, el mapa de la derecha muestra una parte del cinturón Isua Supracrustal; Estos tipos de rocas son pistas sobre la formación del cinturón de piedra verde y se han cartografiado extensamente. El mapa ilustra toda el área del cinturón de piedra verde , con tipos de rocas y ubicaciones, que se encuentran en la parte suroeste de Groenlandia . Debajo del mapa hay una línea de tiempo general que muestra cuándo se introdujo cada roca en el cinturón de piedra verde. [2]
1) tonalítica Amitsoq ortogneises : [11]
- Lo más probable es que estas rocas se formaran a partir del derretimiento de la capa inferior de la corteza oceánica.
- Lo más probable es que los protolitos de estas rocas fueran un conjunto de basalto, komatiita y pedernal , o tonalita . [12]
- El mayor evento de deformación que creó el gneis a partir de tonalita ocurrió antes de las inclusiones de diorita, en un momento entre 3.698 y 3.659 mil millones de años. [13]
- La química de la tonalita-trondjemita-granodiorita (TTG) muestra una indicación significativa de que se deriva de una mezcla de fuentes de corteza vieja y manto más joven, el producto de una losa basáltica hidratada que se subduce y luego se mezcla con componentes del manto. [9] Después de que estos se derritieron, se entrometieron en la corteza basáltica suprayacente. [12]
2) Lavas de almohadas y brechas de almohadas:
- La presencia de estas rocas indica que había agua líquida disponible en el momento de la formación.
- Las lavas almohadilladas son la unidad estratigráfica más grande del área (con aproximadamente 6 km 2 (2,3 millas cuadradas) y constituyen la parte central del cinturón de Isua Greenstone. [10] Se probaron para ver cómo Ba / La ( bario y lantano ) y los isótopos Ba / Nb (bario y niobio ) mostraron una tendencia al graficar entre sí. Las muestras tuvieron resultados muy similares a los de los basaltos modernos. Esto indicó que lo más probable es que hubiera una capa de sedimentos en la corteza oceánica subductora en el Arcaico. [14]
- En algunas áreas, principalmente en el área norte, los basaltos almohadillados se han alterado completamente en una anfibolita similar a garbenschiefer . [10] Sin embargo, existe cierto debate sobre si se formó a partir de una intrusión o una pila de sedimentos volcánicos. [10]
- Las brechas de almohadilla que se encuentran en el cinturón de piedra verde de Isua son interesantes en parte debido a las inclusiones de cuarzo particulares que se encuentran en ellas. se encuentran cristales de cuarzo que no están deformados, se formaron antes del metamorfismo y contienen inclusiones fluidas . Las inclusiones de fluidos provienen de dos fuentes principales: metano puro y un fluido acuoso de alta salinidad . Esta es una prueba más para respaldar que las brechas de almohadillas provienen de un sistema hidrotermal del fondo del mar , hace aproximadamente 3.750 millones de años. [10]
3) Formaciones de hierro en bandas :
- El hierro y el pedernal entrelazados, llamados formaciones de hierro en bandas (BIF, por sus siglas en inglés), son las rocas sedimentarias más comunes que se encuentran en el cinturón de Isua Greenstone. [15]
- Los BIF en esta área ofrecen una relación entre las rocas y la alteración hidrotermal del fondo marino . [dieciséis]
- Las formaciones de hierro en bandas encontradas contienen elementos de tierras raras y anomalías positivas de europio o cerio negativo . Este patrón coincide con la precipitación química de soluciones que contenían agua de mar y hierro (Fe), un aporte que probablemente provino de placas oceánicas divergentes. [dieciséis]
4) Peridotitas :
- Se pensó que se habían encontrado específicamente peridotitas abisales .
- Por lo general, se encuentran en las profundidades de la corteza oceánica y se llevan a la superficie de la Tierra a través de la obducción .
- Uno de los principales argumentos de los científicos a favor de un entorno de subducción es la presencia de una secuencia ofiolítica . [2]
Tectónica
El Isua Greenstone Belt ofrece algunas complicaciones debido a la tectónica que se ha producido en el área. La subducción y la tectónica de placas en general es un medio para explicar la transferencia de calor dentro de la Tierra, que fue un proceso importante en la Tierra primitiva. [3] El cinturón de Isua Greenstone también es un área importante en el globo porque contiene la única evidencia en la Tierra que tiene un récord de deformación antes de hace 3.200 millones de años. [3]
Algunos científicos han observado patrones geométricos en el área y lo han atribuido a un cierto tipo de evento tectónico llamado napa de empuje . [17] El klippe es el bloque aislado de la napa suprayacente al material autóctono . Esta formación geológica es evidencia del movimiento de las placas de empuje, hacia el sur en esta región en particular. [17] Un empujón sugiere que esta área experimentó subducción en el Arcaico . [17] Las implicaciones de esto provienen de estudios sobre el comportamiento deformacional, la reología y la resistencia de la corteza arcaica, todo lo cual se ha propuesto que es muy similar a la corteza actual. [17]
Metamorfismo
La evidencia de los granates zonificados puede dar una idea de la historia metamórfica de un área. [7] Lo que un científico encontró fue que hubo tres episodios principales de crecimiento de granates en el cinturón de Isua Greenstone, lo que significa que hubo tres eventos metamórficos principales. [7] Específicamente, los granates se estudiaron en términos de patrones de crecimiento excesivo utilizando llantas ricas en hierro y magnesio , núcleos ricos en manganeso , luego por llantas y núcleos ricos en calcio . Además, la presencia de estos crecimientos excesivos y su naturaleza zonificada oscilatoria lleva a los científicos a creer que el metamorfismo se produjo debido a un metasomatismo similar a un fluido . El manganeso sugiere un metamorfismo progrado. [7] En general, se ha sugerido que hubo tres eventos metamórficos, que ocurrieron hace 3.740 millones de años, hace 3.690 millones de años y hace 2.800 millones de años.
Resultados de varios estudios
La siguiente tabla muestra, en forma condensada, los esfuerzos de muchos científicos y la evidencia que encontraron, así como su idea de lo que podría significar para la formación de la corteza continental arcaica temprana .
Lo que se encontró | Lo que podría significar | Por qué |
---|---|---|
La presencia de peridotita , que generalmente se encuentra en secuencias ofiolíticas. | Esto indica movimiento horizontal de placas [3] | Las secuencias de ofiolitas deben obducirse sobre la corteza continental para poder ser observadas. |
El enriquecimiento de LREE y el agotamiento de Ti y Nb en anfibolitas máficas encontradas en el Complejo Istaq Gneis [2] | Las rocas se derivaron de basaltos relacionados con el arco [2] | Usando el proxy de la zona de subducción de la tectónica de placas moderna , los LREE provienen de un manto empobrecido |
Las tonalitas contienen cuarzo-dioritas menores que tienen un alto contenido de Mg ( magnesio ) | Parte del derretimiento del manto se incluyó dentro de la derivación de rocas [2] | Los proxies actuales con tectónica de placas también contienen cuarzo- dioritas con alto contenido de magnesio. |
Se encontraron circones que se formaron a temperaturas de> 900 ° C [2] | Debe haberse formado a partir de una fuente original y no de la roca rural circundante. | Los circones se habrían derretido si hubieran venido del país, o de rocas preexistentes. |
La evidencia de isótopos de hafnio muestra una reelaboración de la corteza hace más de 3.200 millones de años [8] | Hubo un período evolutivo de la corteza hace aproximadamente 3,9 a 3,5 mil millones de años, que luego condujo a un período de transición, que eventualmente condujo a una tectónica de placas de estilo moderno hace aproximadamente 3,2 mil millones de años [8]. | Esto es evidencia de reelaboración y cambio de protolito. |
Gran parte de esta evidencia se ha utilizado para describir la tectónica de placas moderna . Un problema con esto es que Archean tectónica de placas podrían haber sido muy diferente a los procesos que se están produciendo en la Tierra hoy en día.
Origen propuesto de la corteza continental
La forma más fácil de pensar en Isua Greenstone Belt es en dos partes: un norte y un sur que están divididos por una falla. El terreno norte está dominado por tonalitas y es la sección menos metamorfoseada. [18] También contiene edades de circón de aproximadamente 3710-3690 millones de años. La porción sur del Isua Greenstone Belt contiene aproximadamente 3900-3810 millones de circones de años con una abundancia de anfibolita, esquisto , roca carbonatada , volcánicas, lavas almohadilladas y ultramáficas . [19] La parte norte constituye el área donde se han realizado muchos estudios científicos y ofrece la evidencia que lleva a los científicos a proponer la siguiente hipótesis.
Formación del cinturón de piedra verde de Isua
Una reconstrucción del origen de la corteza continental , que formó el cinturón de piedra verde, utilizando pistas geoquímicas , litológicas y estructurales, [20] se basa en dos supuestos: primero, la nueva corteza de Hadean formada lateralmente por la expulsión y acreción lateral de máfica a ultramáfica lavas . Luego se produjo la estabilización a través de la refundición de la corteza.
La corteza reelaborada se puede atribuir al entierro, muy probablemente por subducción , de materiales hidratados, como el basalto , que se formaron en el Hadeano . [21] Además, la fuente de las muestras de roca probadas provino de un manto empobrecido en titanio y niobio y enriquecido en plomo , estroncio , bario , rubidio y elementos ligeros de tierras raras , que, en conjunto, son indicativos de basaltos relacionados con el arco. . [2] Las dioritas encontradas en el área son ricas en magnesio y REE ( elementos de tierras raras ), lo que sugiere además que las rocas se formaron a partir de una mezcla del manto y la corteza basáltica refundida. [9] En general, se determina que la presencia de tonalita-trondjemita-granodioritas , así como el hierro presente en las formaciones de hierro en bandas (BIF), fueron causadas por alteraciones hidrotermales a altas temperaturas. [20] Los BIF se encuentran típicamente en entornos intraoceánicos , de arco o antearco , que están asociados con límites convergentes . Las intrusiones se formaron cuando la astenosfera derritió parcialmente la gruesa corteza oceánica suprayacente . [20] Se cree que el derretimiento y reelaboración de la corteza oceánica formó la corteza continental arcaica temprana . Además, los residuos de eclogita , formados por el derretimiento parcial de la corteza oceánica, se convirtieron posteriormente en parte del manto litosférico subcontinental. Al usar la datación con uranio-plomo en circones , los científicos pudieron determinar que el proceso de creación del Isua Greenstone Belt tomó aproximadamente 300 millones de años. [2]
Se reúnen muchas pruebas para apoyar la teoría de que la formación de la corteza continental debe haber comenzado con la subducción de la corteza oceánica caliente. Esta losa subductora se derritió y el magma ascendente se diferenciaba gravitacionalmente en una composición más granítica, característica de la corteza continental. El resultado de las pruebas y la recopilación de información ha llevado a los científicos a creer que el crecimiento de la corteza comenzó hace aproximadamente 3.800 millones de años. [2] y continuó construyendo lentamente, en una secuencia de episodios comparativamente breves. Luego, la corteza se estabilizó rápidamente hace unos 2.975 millones de años. [16] La imagen esquemática de arriba a la derecha muestra dos posibles mecanismos de subducción plana que podrían crear los plutones de tonalita que se ven en el cinturón de piedra verde . [2] Sin embargo, esta teoría de la formación de la corteza ha sido cuestionada por muchos científicos.
Controversias
En la comunidad científica, aún se están realizando estudios que esperan resolver la gran pregunta del Isua Greenstone Belt: ¿Qué procesos provocaron su formación? Esta área sigue siendo objeto de controversia en la comunidad científica porque se puede argumentar que hubo diferentes procesos o estilos tectónicos que ocurrieron en la época arcaica y que habrían afectado el resultado de lo que vemos hoy: una masa de rocas muy antiguas rodeadas de rocas más jóvenes que han sido muy alterados en algunas áreas y están separados por contactos tectónicos y depositacionales. [2] El Isua Greenstone Belt es el único lugar del mundo que no se ajusta por completo a la idea de la tectónica de placas verticales (una idea que todavía se debate).
Algunos de los problemas son:
- Hay pocas circonitas disponibles para la datación.
- La deformación en el área ha destruido información importante. [2]
- La química isotópica es conocida, pero solo se atribuye a los proxies actuales, que pueden haber sido diferentes en el Arcaico.
- Hay muy poca corteza máfica conservada del Arcaico. [2]
Hipótesis alternativa
Tectónica de placas verticales
Existe una idea alternativa de que la tectónica de placas de la Tierra primitiva comenzó por el movimiento vertical de la litosfera , en lugar de la tectónica horizontal moderna. Esta teoría rechaza la idea de subducción y acreción de arco en la formación de cinturones de piedra verde. Sugiere que el vuelco convectivo debido a las diferencias de densidad entre la secuencia máfica suprayacente (piedra verde) y la corteza media granítica parcialmente fundida es responsable de las formaciones observadas. [22]
Evidencia similar
El cinturón de piedra verde de Isua es una anomalía en términos de los otros cinturones de piedra verde del mundo. Es el único cinturón de piedra verde que ha conservado eventos de deformación de más de 3,2 Ga [2] y contiene peridotitas (lo que indica una secuencia ofiolítica obducida ). Sin embargo, en comparación con Pilbara Craton y Barberton Greenstone Belts , que tienen teorías de evolución alternativas, existen algunas similitudes. [3]
- Los cinturones de piedra verde tardaron unos 300 millones de años en formarse.
- Contienen protolitos similares . [3]
- Cada uno pasó por ciclos de deformación.
- Todos contienen secuencias TTG.
- Estos TTG representan condiciones de formación de temperatura y presión similares (1,5 o 3,0 GPa y entre 1000 ° C y 1200 ° C). [3]
- Contienen evidencia de generación de plutones de tonalita a baja presión y alta temperatura .
Evidencia para ambas situaciones
Zona de subduccion | Tectónica de placas verticales |
---|---|
La presencia de peridotita (que está relacionada con secuencias ofiolíticas ) indica el movimiento horizontal de las placas [3] | Los estudios han demostrado que los TTG arcaicos se forman principalmente a través del derretimiento de la roca anfitriona, lo que significa que no indica magmatismo de arco relacionado con la subducción . [22] |
> 3.2 Evento de deformación Ga | Protolitos similares a Pilbara Craton y Barberton Craton |
Los crecimientos de granate sugieren metasomatismo relacionado con los líquidos [7] | Los gradientes geotérmicos bajos y las condiciones de baja presión son representativas de la advección descendente en el manto [3] |
La depleción de titanio y niobio y el enriquecimiento de plomo , estroncio , bario y elementos ligeros de tierras raras sugieren basaltos relacionados con el arco. | Una disminución en la tasa de crecimiento de la corteza hace aproximadamente 3,2 Ga. Esto indicaría un momento en que la tectónica de placas (junto con el equilibrio cortical con subducción y convergencia) realmente comenzó. [3] |
Descubrimiento de la vida temprana
Debido a su edad, Isua Greenbelt ha sido durante mucho tiempo el foco de estudios que buscan identificar signos de vida terrestre temprana. En 1996, el geólogo Steve Mojzsis y sus colegas plantearon la hipótesis de que el carbono isotópicamente ligero en las capas ricas en carbono de la estructura sugería que allí se había producido actividad biológica. "A menos que exista algún proceso abiótico desconocido que sea capaz de crear tal carbono isotópicamente ligero y luego incorporarlo selectivamente a los granos de apatita, nuestros resultados proporcionan evidencia de la aparición de vida en la Tierra en al menos 3.800 Myr antes del presente". [23]
En agosto de 2016, un equipo de investigación con sede en Australia presentó evidencia de que el Isua Greenstone Belt contiene los restos de colonias microbianas de estromatolitos que se formaron hace aproximadamente 3.700 millones de años . [4] [24] Sin embargo, sus interpretaciones son controvertidas. [4] [5] [25] Si estas estructuras son estromatolitos, son anteriores a los estromatolitos más antiguos conocidos previamente, encontrados en la Formación Dresser en el oeste de Australia, en 220 millones de años. [4]
La complejidad de los estromatolitos encontrados en Isua, si de hecho son estromatolitos, sugiere que la vida en la Tierra ya era sofisticada y robusta en el momento de su formación, y que la vida más temprana en la Tierra probablemente evolucionó hace más de 4 mil millones de años. [4] Esta conclusión está respaldada en parte por la inestabilidad de las condiciones de la superficie de la Tierra hace 3.700 millones de años, que incluyeron un intenso bombardeo de asteroides. [26] La posible formación y preservación de fósiles de este período indican que la vida pudo haber evolucionado temprano y prolíficamente en la historia de la Tierra. [26]
Los fósiles de estromatolitos parecen ondulados y en forma de cúpula, miden típicamente de 1 a 4 cm (0,4 a 1,6 pulgadas) de alto y se encontraron en dolomitas ricas en hierro y magnesio que habían sido expuestas recientemente por el derretimiento de la nieve. [24] Las rocas circundantes sugieren que los estromatolitos pueden haber sido depositados en un ambiente marino poco profundo. [4] Si bien la mayoría de las rocas en el Cinturón de Piedras Verdes de Isua están demasiado alteradas metamórficamente para preservar los fósiles, el área del descubrimiento de estromatolitos puede haber conservado rocas sedimentarias originales y los fósiles en su interior. [26] Sin embargo, algunos geólogos interpretan las estructuras como resultado de la deformación y alteración de la roca original. [5]
Las capas sedimentarias de ISB que contienen los posibles estromatolitos se superponen a rocas volcánicas que datan de 3.709 mil millones de años y están cubiertas por dolomita y formaciones de hierro en bandas con circonitas de torio - uranio que datan de 3.695 ± 0.4 mil millones de años. Todas las capas, incluidas las que bordean los estromatolitos, experimentaron metamorfismo y deformación después de la deposición, y temperaturas que no superaron los 550 ° C (1,000 ° F). [4] [5]
La identidad de las características de ISB como estromatolitos es controvertida, porque pueden formarse características similares a través de procesos no biológicos. [26] [5] Algunos geólogos interpretan las texturas por encima de los supuestos estromatolitos como acumulación de arena contra sus lados durante su formación, lo que sugiere que las características surgieron durante el proceso sedimentario y no a través de una deformación metamórfica posterior. [25] [4] [26] Sin embargo, otros sugieren que las rocas están tan alteradas que cualquier interpretación sedimentaria es inapropiada. [5]
En 2016, la geóloga y areóloga Abigail Allwood afirmó que el descubrimiento de los estromatolitos de Isua hace más probable la aparición de vida en otros planetas , incluido Marte poco después de su formación. [26] Sin embargo, en 2018, ella y un equipo de geólogos adicionales publicaron un artículo que plantea preguntas importantes sobre el origen de las estructuras, interpretándolas como derivadas de la deformación. [5] Por tanto, los estromatolitos ISB siguen siendo objeto de una investigación en curso. [24]
Ver también
- Subducción arcaica
- Cinturón de piedra verde de Nuvvuagittuq
Referencias
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