Cyrkony.

Cyrkony to bardzo odporne minerały, a zarazem jedyne pozostałości po najstarszych ziemskich skałach (fot. Rob Lavinsky).

Choć Ziemia liczy sobie około 4,6 mld lat, to najstarsze skały znajdowane na jej powierzchni są o wiele młodsze – ich wiek nie przekracza 3,9 mld lat. Mimo to istnieje sposób dotarcia do jeszcze starszych pozostałości po pierwotnej skorupie naszej planety.

Sposób ten polega na wykorzystaniu cyrkonu – twardego i odpornego minerału, którego ziarna trafiają do skał osadowych (piaskowców) i metamorficznych ze starszych, niszczonych przez erozję skał magmowych. Oznacza to, że cyrkony wchodzące w skład stosunkowo młodego (w geologicznej skali czasu) piaskowca są od niego w rzeczywistości o wiele starsze.

Najstarsze skały na Ziemi

Zjawisko to zostało wykorzystane przez geologów w celu odnalezienia pozostałości po najstarszych skałach, które budowały skorupę ziemską przed ponad 4 miliardami lat, we wczesnym archaiku. Same granitoidy (w których pierwotnie znajdowały się cyrkony) już dawno odeszły w niebyt. Najbardziej odporne minerały przetrwały jednak, wchodząc w skład kolejnych generacji skał, tym razem osadowych i metamorficznych.

Ten geologiczny recykling pozwala nam zajrzeć bardzo głęboko w dzieje Ziemi, niemal do jej początków. Najstarsze cyrkony liczą sobie bowiem aż 4,4 mld lat. Znaleziska te pochodzą z Jack Hills w Zachodniej Australii.

Co się stało 4 mld lat temu?

Dlaczego do naszych czasów nie zachowały się skały starsze niż sprzed 4 mld lat? Dlaczego pozostały po nich jedynie cyrkony? Wiadomo, że skorupa ziemska istniała już wcześniej. Co więcej, obecność cyrkonów liczących sobie 4,4 mld lat sugeruje, że już wtedy na powierzchni naszej planety znajdowały się kontynenty. Cyrkony pochodzą bowiem z reguły ze skał granitoidowych, które budują dzisiejszą skorupę kontynentalną. Stanowi to ważną wskazówkę, choć jest ona obecnie kwestionowana przez wielu specjalistów.

Istnieje co najmniej kilka przyczyn, które spowodowały zniknięcie skał liczących sobie więcej niż 3,9 mld lat:

    • ruchy kier litosfery i związane z nimi strefy subdukcji, w których przetapiane są skały z powierzchni Ziemi; najstarsze skały miały najmniejsze szanse na przetrwanie, gdyż najdłużej podlegały tym procesom,
    • podobny wpływ miały kolizje kontynentalne, prowadzące do powstania orogenów (górotworów) zacierających wcześniejszy charakter skał i utrudniając odtworzenie ich historii oraz ustalenie prawdziwego wieku,
    • katastrofalne upadki meteorytów i planetoid, które nawiedzały Ziemię w ciągu pierwszych 600 mln lat jej historii; największe z impaktów doprowadziły przypuszczalnie do niemal całkowitego przetopienia najstarszej skorupy ziemskiej; to dlatego ze skał starszych niż sprzed 3,9 mld lat mogły pozostać jedynie najbardziej odporne minerały – cyrkony.

Przydatność cyrkonów zakwestionowana

Wymienione czynniki i zdarzenia powodują, że odtworzenie najstarszych dziejów Ziemi jest wyjątkowo trudnym zadaniem. Co więcej, nowe odkrycia kwestionują przydatność najstarszych cyrkonów w badaniach pierwotnej skorupy ziemskiej.

Najstarszy cyrkon.

Tak wyglądają (w powiększeniu) najstarsze cyrkony świata.

Naukowcy nie obalili dokonanych wcześniej datowań. Oznacza to, że najstarsze cyrkony rzeczywiście pochodzą sprzed ponad 4 miliardów lat. Problem leży jednak gdzie indziej.

Cyrkony, ze względu na swoją odporność, uważane były przez specjalistów za rodzaj „kapsuły czasu”, która zachowała do dziś wiele cennych informacji o początkach Ziemi. Tymczasem nowe badania wykazały, że jest inaczej.

Analizom poddano tym razem nie same cyrkony, ale znajdujące się w ich wnętrzu inkluzje (wrostki) innych minerałów. Teoretycznie powinny być one tego samego wieku (lub starsze), jednak badania wykazały coś zupełnie przeciwnego.

Inkluzje były dużo młodsze od cyrkonów. Niektóre z nich wydatowano na 2,7 mld lat, a pozostałe – na zaledwie 800 milionów lat. Wiek inkluzji pokrywał się z wiekiem skał metamorficznych otaczających badane ziarna.

Nie zakwestionowano wieku samych cyrkonów. Wykazano jednak, że minerały te nie dotrwały do dzisiaj w niezmienionym stanie, a ukryte w nich informacje zostały zniekształcone przez kolejne fazy przeobrażeń (metamorfizmu) skał. To dlatego wrostki w cyrkonach upodobniły się (także wiekiem) do dużo młodszych skał otoczenia. Jeszcze bardziej utrudnia to badanie najstarszych dziejów Ziemi.

Źródło:
B. Rasmussen, I. R. Fletcher, J. R. Muhling, C. J. Gregory, S. A. Wilde, 2011. Metamorphic replacement of mineral inclusions in detrital zircon from Jack Hills, Australia: Implications for the Hadean Earth. Geology 39, 12, 1143-1146. DOI: 10.1130/G32554.1