Anonim

Temaer

  • Geologi
  • Planetarisk vitenskap

En "sen finér" av meteorittisk materiale, lagt til etter at Jordens kjerne hadde dannet, kan være kilden til våre edle metaller. Dens fravær fra noen deler av jordens mantel vil nå tvinge en omtanke om denne sena utviklingen. Se brev s.195

Jordens metallkjerne er hovedregisteret for de høye siderofileelementene ("iron-loving"), som inkluderer gull-, rhenium- og platinagruppens elementer. Deres sterke affinitet for jern betyr at deres overflod i jordens mantel er svært lav - men ikke så lav som man kan forvente. En populær forklaring på denne uoverensstemmelsen er at en sen finér av primitivt meteorittmateriale ble lagt til jordens mantel etter at kjerneformasjonen hadde sluttet 1 . På side 195 i dette nummeret, legger Willbold og kollegaer 2 vekt på denne teorien ved å bruke en isotope av wolfram for å vise at sen finer mangler fra noen områder av mantelen. Vår forståelse av Jordens sene tilvekst må kanskje endres som et resultat.

Energetiske kollisjoner mellom månen til Mars-størrelse planetariske embryoer under jordens vekst forårsaket utbredt smelting, noe som letter separeringen av smeltet metall fra omkringliggende flytende silikat i et magmahav. Det smeltede jern sank mot jordens sentrum, og fjerner siderofilelementene til kjernen. Imidlertid er høye siderofile elementer tilstede i jordens mantel i mye høyere mengder enn antatt fra metall-silikat partisjon eksperimenter ved atmosfærisk trykk 3 . En forklaring er at affiniteten til disse siderofile elementene for jern kan ha blitt redusert under de svært høye trykk og temperaturer som er funnet på bunnen av et dypt magmahav 4 . Denne modellen ser ut til å fungere for noen svært siderofile elementer 5, men ikke for alle dem 6 .

En alternativ forklaring krever tilsetning av 0, 5-1% av det primitive meteorittmaterialet etter at kjernen hadde dannet 1 . Denne "late finer" kan også ha tatt med ingredienser som er essensielle for livet, som vann, karbon og andre flyktige forbindelser. Som det fremgår av store støvbakker på månen, fortsatte Jorden å beskrive materiale etter den enorme virkningen som resulterte i dannelsen av månen og den endelige segregeringen av jordens kjerne, for rundt 4, 5 milliarder år siden (figur 1). Denne perioden av sen oppgang varet i ca 500 millioner år og endte katastrofalt med et terminal bombardement på 4, 0 milliarder til 3, 8 milliarder år siden. Selv om det er sterkt visuelt bevis for sen oppgang, er det ikke klart om masse tilsatt var tilstrekkelig til å redegjøre for overflod av svært siderofile elementer i jordens mantel.

a-c, Accretion og kjernedannelse (4, 567 milliarder til ca 4, 5 milliarder år siden). a, Siderophiles blir fjernet fra silikatmantelen til metallkjernen. b, Månedannende innvirkning og enden av jordens viktigste tilvekst. c, Endelig segregering av kjernen: mantelen er utarmet av svært siderofile elementer, nå konsentrert i kjernen; ɛ W182 W) betegner wolfram-isotopforurming som deler per 10 000 i forhold til det moderne terrestriske mantel. d, e, sen oppgang (ca 4, 5 milliarder til 3, 8 milliarder år siden) etter kjernedannelse. d, høyt siderofile elementer blir etterfylt i mantelen med en sen finér av kondondiske meteoritter. e, Tilsetning av sen finér reduserer mantel 182 W anrikning til en ɛ W på null. Willbold et al. 2 foreslår at bergarter fra Isua i Grønland har den samme 182 W-anrikningen (ɛ W = 0, 15) som mantelen hadde før senfiner dannet, noe som indikerer at noen domener i jordens mantel kan ha rømt tilsetning av sen finér.

Full størrelse bilde

Willbold og kolleger 2 nærmer seg problemet på en ny måte ved å lete etter små variasjoner i overflod av wolframisotopen 182 W, generert ved forfall av den nå utdøde hafnium isotopen 182 Hf. Tungsten-isotopkomposisjonen av jordens mantel er forskjellig fra den forutsettede latefiner, som antagelig bestod av kondomtiske meteoritter - biter og stykker igjen fra de tidligste stadiene av planetformasjonen og anses å være hovedbygningene til jorden. Disse forskjellene i 182 W overflod er resultatet av kjernedannelse, der hafnium forblir i mantelen mens wolfram fortrinnsvis fordeles i kjernen 7 . Radioaktivt henfall fra 182 Hf til 182 W resulterte deretter i en anrikning på 182 W i mantelen i forhold til kondonditter med ca. to deler i 10 000 (eller 2; Fig. 1).

Gitt den forskjellige 182 W-sammensetningen i jordens mantel og i kondonditter, bør tilsetningen av en sen finér registreres i wolframisotoper. Imidlertid er forventede effekter forsinket små. Willbold og kollegaer 2 har gjort wolfram-isotopmålinger av enestående presisjon og viser at overflaten på 182 W i det meste av den tilgjengelige silikatjorden er uforvarende. Imidlertid finner de at prøver fra Isua Greenstone belte i Vest-Grønland er litt beriket i 182 W sammenlignet med gjennomsnittet for jordens mantel. Størrelsen på denne lille anrikningen er akkurat som forutsatt for den ekstra massen av kondondisk materiale som kreves for å ta hensyn til konsentrasjonene av høye siderofile elementer i mantelen. Disse resultatene gir derfor sterk støtte til sen-finérmodellen.

Betydningen av Willbold og kollegers studie går imidlertid langt utover dette. Alle Isua-prøvene som ble analysert, kommer fra en kappe som ble etablert svært kort tid etter det siste stadiet av jordens utvidelse 8, så det kan ikke være overraskende at de opprettholder en underskrift av jordens kappe før ankomst av sen finér. Gitt at Isua-prøvene ser ut til å mangle sen-finer-komponenten, ville de forventes å være svært dårlig i de meget siderofile elementene. Overraskende er de ikke av grunner som ikke forstås. Ikke desto mindre er deres osmium ( 187 Os) isotopkomposisjon forskjellig fra den for kondonditter 9, i samsvar med fraværet av senfiner i deres kilde.

Tungsten-182-anrikninger har også blitt identifisert i 2, 8 milliarder år gamle bergarter som kalles komatiites 10, som kommer fra dype rotte kappekilder. Osmium-187 er nedbrytingsproduktet av rhenium-187, og 187- Os-anrikningen i disse og mange andre komatiitiske lavaser 11 kan reflektere rhenium-osmiumfraksjonering under kjerneformasjon i et dypt magmahav, en signatur som ellers har blitt overtrykt av sent finer.

Til syvende og sist kan det tyde på at sen finer ble avsatt i store flekker, kanskje av noen få store slag. I det tilfellet ville noen områder av jordens mantel ikke ha mottatt slik sent accreted materiale og ville ha vært isolert fra resten av mantelen gjennom hele planetenes historie (figur 1). Fremtidige studier bør bruke både wolfram- og osmium-isotopdata for å identifisere slike manteldomene: dette kan potensielt skille signaturer igjen i løpet av de siste faser av kjerne-segregering fra de sentrale finer.

kommentarer

Ved å sende inn en kommentar, godtar du å overholde våre vilkår og retningslinjer for fellesskapet. Hvis du finner noe fornærmende eller som ikke overholder våre vilkår eller retningslinjer, merk det som upassende.

Anbefalt Redaksjonens