Bevezetés a földtörténetbe 7. hét (… ami még kimaradt a biogeokémiai ciklusokból)
A fiatal Föld (a hadeikum és archaikum)
Kölcsönhatások és körforgások a Föld rendszereiben bioszféra
atmoszféra
hidroszféra
litoszféra
Szénizotóp-arány, O2 és CO2 változásai
Évszakos hımérséklet-változás δ18O alapján
Az utolsó jégkorszak tágabb keretben az elmúlt 65 Ma klímatörténete mélytengeri fúrások foraminiferáinak izotópos vizsgálatából
Pollenfélék aránya
Tengeri plankton foraminifera oxigénizotóp-arány
fák
hidegebb több jég
melegebb kevesebb jég
Kor (ezer év)
főfélék
szárazföld
tenger
Bevezetés a földtörténetbe 2. hét
A földtan, mint történeti természettudomány A Föld, mint rendszer
Bevezetés a földtörténetbe 3. hét
A földtörténeti idı Geokronológia és kronosztratigráfia
Bevezetés a földtörténetbe 4. hét
A lemeztektonika
Bevezetés a földtörténetbe 5. hét
İskörnyezet és ısföldrajz
Bevezetés a földtörténetbe 6. hét
Biogeokémiai ciklusok
Rekord
(~felvétel)
Földtudományi kutatás, vizsgálatok
Múltbeli jelenségek, események, kölcsönhatások
Narratíva ~sztori
Rekord
(~felvétel)
Kı Idı Narratíva ~sztori
Nemzetközi rétegtani táblázat
Rendszeres földtörténet: 1 – 2 – 3 – 4 – 5 – 6 – 7
Rendszeres földtörténet 1. A fiatal Föld A hadeikum és az archaikum
A prekambrium tagolása prekambrium: informális egység, de hasznos és elterjedten használt eonjai: hadeikum + archaikum + proterozoikum jelenlegi határai: kerek évszámokkal (kivéve a proterozoikum legvégét) születıben van a „természetesebb” prekambriumi idıskála érák: háromosztatú proterozoikum, javaslat a háromosztatú archaikumra is (a jelenlegi négyosztatú helyett) idıszaknevekkel a neoproterozoikumot leszámítva de foglalkozzunk Ma – millió év Ga – milliárd év
Igaza volt-e Hutton-nak?
Kratonok és idıs kéregdarabok elterjedése
archaikumi kratonok prekambriumi kéreg
kraton (pajzs): idıs kontinensmag, a fanerozoikumban tektonikusan inaktív terület
A fı kérdéseink a kezdetekkel kapcsolatban
• Mikor keletkezett a Naprendszer és a Föld? • Hogyan alakult ki a Föld kérge? • Hogyan keletkeztek az elsı nagyobb kéregdarabok (kratonok)? • Mióta mőködik a maihoz hasonló lemeztektonika a Földön? • Hogyan jött létre a légkör? • Hogyan és mikor alakult ki az élet a Földön?
A korai Föld teljesen informális korbeosztása
• Felnıttkor (1,78 Ga – ) • Kamaszkor (2,78 – 1,78 Ga) • Gyermekkor (4,03 – 2,78 Ga) • Csecsemıkor (4,56 – 4,03 Ga)
ugye, másként viselkedtünk kiskorunkban? v.ö.: Lyell-féle aktualizmus v. uniformitarianizmus
A Föld helye a Naprendszerben Nap | Merkúr | Vénusz | Föld | Mars | Jupiter | Szaturnusz | Uránusz | Neptunusz |
Föld-típusú (kızet)bolygók |
Jupiter-típusú (gáz)bolygók
A Naprendszer bolygói akkréció útján jöttek létre a szoláris nebulából csillagközi por- és gázfelhı gravitációs összeomlása kondenzáció, csomósodás: bolygócsírák (planetezimálok) Nap, bolygók, meteorok kialakulása
A Naprendszer kora: T0 = 4568 Ma
„A tudomány mai állása szerint”
zárványok meteoritokban: a proto-planetáris korongban legkorábban képzıdött szilárd fázis 207Pb-206Pb
kormeghatározás
Nap, bolygók, meteorok kialakulása Mit értünk a Föld kora alatt?
A fiatal Földet magma óceán borította
A Holdat hatalmas becsapódás hozta létre
Theia – kb. Mars-mérető (0,1–0,2 Föld-tömegnyi) égitest becsapódása ~4500 Ma ferde ütközés a Hold anyaga jelentıs részben a becsapódó égitestbıl származik Canup 2008
A Holdat kiszakító ütközéstıl a Föld újból teljesen megolvadt és felszínét ismét magma óceán borította
A fiatal Föld eseményei (az elsı 100 millió év) légkör kialakulása Hold születése mag, köpeny elkülönülése
sőrőség differenciáció magma óceán akkréció
A legidısebb földi törmelékes cirkonok és holdkızetek kora •Bazaltos proto-kéreg: 4,4–4,0 Ga között törmelékes cirkon ásványszemcsék maradtak csak fenn (Jack Hills, Yilgarn kraton, Ny-Ausztrália) Volt-e kéreg a hadeikumban? izotópos bizonyítékok is a hadeikumi kéreg létezésére •Hold akkréciója: száraz akkréció (illókat elvesztette), anortozitos kéreg 100 M éven belül kezdeti magmatizmus 4350–3800 Ma meteorbombázás: kráterek
Kései heves bombázás idıszaka (LHB) Legújabb és legelfogadottabb elmélet: - külsı planetezimálok öve - Jupiter és Szaturnusz pályáinak lassú migrációja: rezonancia lép fel, instabilitás és a Naprendszer gyors átrendezıdése - meteorok és kisbolygók pályájának perturbációja, ekcentricitás növekedése a belsı bolygók övének keresztezését okozza - néhány százmillió év alatt „kitisztul” (becsapódások) LHB: 4,1 – 3,8 Ga
A kései heves bombázás nyomai megmaradtak a Holdon
4404 Ma Jack Hills cirkon: a legidısebb ismert ásványszemcse
U-Pb kormeghatározás
A legidısebb földi kızet a 4030 Ma korú Acasta Gneisz (Slave provincia, Kanada)
A legidısebb földi kızet korát (Acasta Gneisz, 4030 Ma) cirkon U-Pb módszerrel határozták meg
javasolt új korbeosztás
jelenleg érvényes korbeosztás
a hadeikum/archaikum határa
Számos kraton ıriz archaikumi kızeteket
Itsaq Gneisz Komplexum, Észak-Atlanti kraton
Itsaq Gneisz Komplexum, Észak-Atlanti kraton Itsaq Gneisz Komplexum: legnagyobb területen fennmaradt kora archaikumi kızetek, magas metamorf fokú gneisz Isua öv: szuprakrusztális képzıdmények, legidısebb üledékes (metaszediment) kızetek
Isua öv (Itsaq Gneisz Komplexum)
bazaltos párnaláva (3720–3710 Ma)
eredeti rétegzettség győrt metaszedimentben (kb. 3750 Ma BIF, sávos vasérc)
A Pilbara kraton földtana
spinifex
tőzkı
Pilbara kraton, Ny-Ausztrália
gránit-zöldkıöv
Gránit-zöldkı komplexumok
Jellegzetes archaikumi granitoidok: TTG komplexumok Na-gazdag trondhjemit, tonalit, granodiorit
Gránit-zöldkı komplexumok őrfelvételen
Pilbara és Kaapvaal kratonok hasonlósága („Vaalbara”) Barberton zöldkıöv Dél-Afrika
komatiit: peridotitos összetételő, Mggazdag, fıleg olivinbıl álló vulkanit, nagyon magas hımérséklető lávából
A korai gránit-zöldkıövek (egyik) genetikai modellje
Köpenyfeláramlás (forró archaikumi köpeny, nagy hıáram) Meleg, úszóképes kéregdarabok jönnek létre, de a kéreg alulról is megvastagszik Differenciált magmagenezis, köpenyeredető magma fejlıdése kéregbeolvasztással, savanyú magma bázisos óceáni kéreg részleges olvadékából Függıleges, nem vízszintes tektonikai folyamatok dominanciája Ércteleptani jelentısége nagy
Witwatersrand
A legısibb kratoni medencék is a Kaapvaal és Pilbara kratonokon találhatók Dél-Afrika: Witwatersrand Fıcsoport Pongola Fıcsoport Ausztrália: De Grey Fıcsoport Jelentıség: - Au (tengerparti torlatok) - kiterjedt sekély medencék - ısi fosszíliák - Pongola: legidısebb glaciogén üledék
A Superior provincia „életrajza” (Kanadai-pajzs része) • • • • •
3,8–3,0 Ga: ~ 3 Ga: 3,0–2,8 Ga: 2,75–2,68 Ga: 2,72–2,69 Ga:
korai kéregképzıdés lemeztektonika beindulása riftesedés, feldarabolódás óceáni képzıdmények tektonikus összeforrás
A Superior provincia lemeztektonikai fejlıdésmenete
• különbözı genetikájú terrének (köpenyeredető, óceáni magmás ív, kontinentális magmás ív, TTG intruzív, zöldkıöv) • a kéregdarabok imbrikációja (ferde egymásra csúszása) a szeizmikus szelvényen kimutatható, fosszilis szubdukciós zónák • északról dél felé fiatalodó egységek • Abitibi zöldkıöv többszörösen ismétlıdı vulkáni sorozatokkal (fontos arany ércesedés) • metaszediment övek: mélyvízi turbidit, grauvakke (nincs még self)
Courtesy: John Percival
A kéregképzıdés idıbeli eloszlása epizodikus
Késı archaikumi kéregképzıdési maximum: ~2,7–2,8 Ga („belépés a kamaszkorba”)
magmás cirkon U-Pb korok eloszlása
A Balti-pajzs és a Kelet-európai kraton archaikuma Karéliai kraton Kola-félsziget Ukrán-pajzs
Archaikumi kratonok fı alkotóelemei • • • •
Gránit-zöldkıövek Granitoid (TTG) plutoni testek Magas metamorf fokú gneisz területek Metaszediment övek
Archaikumi sajátosságok • Erıs radioaktív hıtermelés a magban, magas köpenyhımérséklet, nagy hıáram • Erıs konvektív hıelvezetés, intenzív magmatizmus • Kis, nem rideg kéregdarabok nagy úszóképességgel • Nincs self a kontinensek körül, zömmel mélytengeri üledékek
Igaza volt-e Hutton-nak?
Igaza volt-e Lyell-nek? a jelen a múlt kulcsa a földtani folyamatok állandósága
Rengeteg kutatómunka után, néha csak bizonytalanul és még mindig vitáktól terhesen, de meg tudjuk válaszolni a fı kérdéseinket a Föld történetének kezdetével, a hadeikummal és az archaikummal kapcsolatban:
• Mikor keletkezett a Naprendszer és a Föld? • Hogyan alakult ki a Föld kérge? • Hogyan keletkeztek az elsı nagyobb kéregdarabok (kratonok)? • Mióta mőködik a maihoz hasonló lemeztektonika a Földön? Jövı hétre maradt: • Hogyan jött létre a légkör? • Hogyan és mikor alakult ki az élet a Földön?
