Минералы, содержащие оксид железа, встречаются в горных породах по всему миру. Некоторые из них обладают магнитными свойствами, а некоторые интенсивно окисляются при контакте с водой и кислородом. Магнетизм и склонность к окислению дают геологам представление об истории этих минералов.
Ученые из Университета штата Юта разработали новый инструмент для определения времени геохимических реакций окисления в минералах оксида железа в земной коре. Этот инструмент может пролить свет на то, как и когда образовались необъяснимые пробелы в геологической летописи, именуемые в англоязычной литературе unconformity — «непорядок, несогласие». В русскоязычной литературе используется уточняющий термин «структурное несогласие».
Задача геологов — точно установить, когда породы находились в приповерхностной среде. Определить время таких процессов сложно, потому что геологические свидетельства часто стираются.
Новый термохронологический подход, предложенный аспирантом Олта Джорданом Дженсеном, может предложить способ достоверной расшифровки того, как и когда в геологической летописи образовались загадочные временные промежутки. Ученые сообщают о своих открытиях в журнале Geology.
Структурные несогласия в геологической летописи подобны пропущенным главам в книге. Эти пробелы являются физическим проявлением прошлых эрозионных процессов, которые уничтожили свидетельства о древних ландшафтах и окружающей среде. Эти события отражают значительные изменения в тектонике и климате на протяжении геологических периодов.
Самый известный пример — «Великое несогласие», крупная геологическая граница, которая проходит по всей Северной Америке и отделяет древние магматические и метаморфические породы от более молодых, часто содержащих окаменелости, пород. Эту границу можно увидеть во многих местах, в том числе в Большом Каньоне.
В своей статье Дженсен и Олт описывают использование ураново-ториево-гелиевого (U-Th)/He анализа мартита для определения времени формирования структурных несогласий в глубокой древности.
Спутник несогласия
Минерал мартит назван в честь Марса, бога войны и астрологического символа железа. Он образуется, когда гематит, представляющий собой оксид железа Fe₂O₃, маскируется под магнетит, комплекс из оксидов двух и трехвалентного железа FeO·Fe2O3, известный своими магнитными свойствами. Его не случайно называют магнитным железняком
Подобно алмазу и его превращению в графит, магнетит нестабилен на поверхности Земли и медленно превращается в гематит в процессе, похожем на то, как металлическое железо ржавеет на воздухе.
Мартит часто принимают за магнетит, потому что внешне они очень похожи. Только при внимательном рассмотрении с помощью таких современных инструментов, как сканирующий электронный микроскоп, можно достоверно определить наличие крошечных кристаллов гематита, которые заменили исходные частицы. Используя образцы мартита, полученные из породы возрастом 1,7 миллиарда лет, залегающей под областью крупного структурного несогласия в хребте Колорадо к западу от Денвера, Дженсен и Олт приступили к работе, применяя предложенный ими метод.
Когда двухвалентное железо магнетита окисляется до Fe2O3, геологические часы обнуляются, показывая, когда эти породы были вытолкнуты на поверхность Земли. Используя (U-Th)/He-анализ и дифракцию электронов на обратно рассеянных электронах, исследователи смогли датировать отдельные образцы магнетита возрастом до 1,04 миллиарда лет. Это позволило предположить, что несогласие сформировалось примерно 1,4 миллиарда лет назад.
По словам ученых, существуют различные объяснения происхождения Великого несогласия. Среди гипотез — последовательность глобальных оледенений, известных под общим названием «Земля-снежок», которые произошли в криогенийский период более 635 миллионов лет назад. Крошечные, но стойкие зерна мартита хранят историю о том, когда эти породы впервые оказались на поверхности планеты, несмотря на множество позднейших катастрофических событий, которые могли уничтожить любые другие свидетельства.
Поскольку мартит встречается во многих горных породах, Дженсен и Олт отмечают, что их метод «криминалистической экспертизы» можно применять на протяжении всего геологического времени для изучения выветривания и эрозии земной коры, тектонических сдвигов, формирования важнейших месторождений полезных ископаемых.
Подробнее о том, что представляла собой «Земля-снежок», читайте в отдельном материале.
