El cinturón de piedras verdes de Isua es un cinturón de piedras verdes arcaico en el suroeste de Groenlandia , con una edad de entre 3,7 y 3,8 mil millones de años. [2] El cinturón contiene rocas volcánicas y sedimentarias máficas con metamorfosis variable , y es la mayor exposición de rocas supracortales del Eoarqueo en la Tierra. [3] Debido a su edad y bajo grado metamórfico [4] en relación con muchas rocas Eoarqueas, el Cinturón de Piedras Verdes de Isua se ha convertido en un foco de investigaciones sobre el surgimiento de la vida [5] [6] y el estilo de la tectónica que operó en el Tierra primitiva. [7] [8]
El cinturón de piedras verdes de Isua, también conocido como cinturón supracrustal de Isua ya que está compuesto principalmente por rocas supracrustales , está situado en el suroeste de Groenlandia , en el terreno de Isukasia , [1] cerca de la región capital de Nuuk . [9] Forma el enclave supracrustal más grande en el Complejo Itsaq Gneiss, que comprende predominantemente ortogneises félsicos de 3850 - 3600 millones de años (Ma) . [10] El cinturón de piedras verdes comprende dos secuencias principales de rocas volcánicas y sedimentarias máficas metamorfoseadas, que se dividieron sobre la base de la datación con uranio-plomo con circonio . Estas secuencias son el 'terreno sur', que tiene una edad de aproximadamente 3800 Ma, y el 'terreno norte', que tiene una edad de aproximadamente 3700 Ma. [3] El terreno sur más joven se subdivide a su vez en dos subterráneos: uno que comprende predominantemente rocas metavolcánicas de tipo boninita y el otro que comprende metavolcánica toleítica y picrítica . [3] El cinturón de piedras verdes de Isua está limitado al oeste por la falla de Ivinnguit, que divide el complejo Eoarachaean Itsaq Gneiss de las rocas más jóvenes ( Mesoarchaean ) del Akia Terrane . En otros lugares, está delimitado por ortogneises félsicos del Complejo Itsaq Gneiss. Estos muestran una división de edad similar a la de las rocas supracrustales del propio cinturón de Isua Greenstone, con 3800 Ma gneises al sur del cinturón y 3700 Ma gneises al norte del cinturón. [3]
Se han aplicado una gran cantidad de métodos geológicos y geoquímicos a las rocas del cinturón de piedras verdes de Isua. Estos incluyen la subdivisión de las diversas litologías y unidades dentro del cinturón utilizando una combinación de mapeo geológico y datación con circonio U-Pb , generalmente utilizando análisis sensibles de microsonda de iones de alta resolución (SHRIMP) ; [3] química de elementos principales y traza; [11] [12] análisis estructurales; [6] [7] [13] geotermobarometría y modelado metamórfico utilizando diagramas de fases para determinar condiciones metamórficas; [4] [14] y una amplia gama de sistemas de isótopos estables , [15] [16] radiogénicos , [17] y de vida corta . [18]
El Isua Greenstone Belt comprende muchas litologías diferentes. Los tipos de rocas más abundantes son las rocas metavolcánicas máficas con una variedad de composiciones que van desde las boninitas hasta las toleitas y picritas . Aunque las anfibolitas boniníticas en Isua a menudo se interpretan como evidencia de la acción de la tectónica de placas, [20] no son verdaderas boninitas [12] y los modelos sin tectónica de placas también pueden explicar su formación. [11] Texturalmente, las metavolcánicas máficas incluyen lavas almohadilladas y brechas almohadilladas , lo que indica que las lavas hicieron erupción subacuática y requieren la presencia de agua superficial durante el Eoarqueo. Se han observado composiciones volcánicas más félsicas, pero no está claro si representan rocas volcánicas o sedimentarias, [3] y los únicos ejemplos de andesita potencial están significativamente erosionados. [21]
Las secuencias volcánicas máficas contienen abundantes rocas metaultramáficas, incluyendo anfibolitas, serpentinitas, peridotitas carbonatadas y peridotitas. [22] Se acepta ampliamente que la mayoría de estos tienen un origen intrusivo y representan acumulaciones ultramáficas. [22] Algunas lentes de peridotita se han interpretado como fragmentos del manto obducidos , [23] y se han utilizado como evidencia para respaldar el funcionamiento de la tectónica de placas durante la formación del cinturón de piedras verdes de Isua. Sin embargo, esta interpretación es cuestionada y algunos estudios sugieren que todas las peridotitas en Isua son acumuladas, que representan cámaras de magma de nivel poco profundo y conductos con las secuencias volcánicas. [24]
Las rocas metasedimentarias incluyen formaciones de hierro en bandas y cuarcita detrítica , que probablemente representan una roca sedimentaria siliciclástica metamorfoseada. [3] [25] Aunque no forman parte del cinturón supracrustal en sí, el cinturón está alojado en y en lugares intruidos por ortogneises de tonalita-trondhjemita-granodiorita (TTG) .
El entorno tectónico en el que se formó el cinturón de Isua Greenstone sigue siendo polémico. Las ideas se pueden dividir en términos generales en modelos tectónicos de placas , en los que el cinturón se formó en uno de varios entornos tectónicos posibles que existen en la Tierra moderna, [8] [26] y modelos sin tectónica de placas o no uniformitarios , en los que el Isua Greenstone Belt se formó en un régimen tectónico que era diferente al de la Tierra actual. [7] Los modelos de tectónica de placas se pueden subdividir en aquellos que sostienen que el cinturón de Isua Greenstone o partes de él representan una ofiolita , [8] [26] una astilla de corteza y manto oceánicos obducidos , y aquellos que sostienen que el cinturón representa un prisma de acreción, [13] [27] formado en una zona de subducción. Los modelos tectónicos sin placas generalmente sugieren un origen de tubería de calor o pluma del manto para el cinturón. [7] [11] Esto forma parte de un debate mucho más amplio sobre cuándo surgió la tectónica de placas en la Tierra y si la Tierra Arcaica operaba bajo un régimen tectónico fundamentalmente diferente.
Furnes et al. (2007) sugirieron que la presencia de lavas tipo almohada y diques paralelos muy espaciados indicaban que el cinturón de piedras verdes de Isua representaba una ofiolita. [8] La interpretación de los diques paralelos como un complejo de diques laminares fue particularmente importante ya que los complejos de diques laminares son diagnósticos de la corteza oceánica en las ofiolitas de la Tierra moderna. Sin embargo, esta interpretación fue fuertemente cuestionada sobre la base de que los diques laminados propuestos por Furnes et al. de hecho, eran una generación mucho más joven de diques, los diques Ameralik (Ga) de aproximadamente 3.500 millones de años de antigüedad, y por lo tanto no estaban relacionados con lavas almohadilladas y otras rocas volcánicas del cinturón. [21] [28] Otras objeciones se relacionaron con la composición de los diques, que son diferentes a los que se encuentran en las ofiolitas modernas. [29]
A pesar del desacuerdo sobre la presencia de un complejo de diques laminados en Isua, se han propuesto líneas de evidencia alternativas en apoyo de un origen ofiolita para el cinturón. Estos se basan principalmente en la geoquímica de las rocas volcánicas en el cinturón: las anfibolitas toleíticas se han interpretado como toleitas de arco de isla metamorfoseadas, [26] [30] [31] y se ha interpretado que las anfibolitas similares a boninita representan boninitas metamorfoseadas. [20] [26] [31] Sin embargo, estudios posteriores han señalado que las anfibolitas similares a las boninitas son en realidad basaltos con bajo contenido de titanio, con muy poca sílice para clasificarlas como boninitas, [12] y modelos geoquímicos recientes sugieren que toda la El rango de composición volcánica en Isua se puede explicar sin requerir un entorno de placas tectónicas. [11]
Otra línea de evidencia utilizada para invocar un origen ofiolítico para el Cinturón de Piedras Verdes de Isua es la presencia de lentes de peridotita en la secuencia volcánica, en particular dos lentes de dunita denominadas "lente A" y "lente B". [23] Se argumentó que representaban rocas del manto sobre la base de su geoquímica, texturas, [32] y la presencia de minerales aparentemente de alta presión. [23] De ser cierto, la presencia de rocas del manto dentro de la secuencia supracortal en Isua requeriría que estas rocas hubieran sido empujadas a la superficie, apoyando un origen ofiolítico para el cinturón. [26] Sin embargo, trabajos más recientes cuestionan el origen del manto para estas rocas y sugieren que todas las características de las lentes de dunita pueden explicarse porque representan acumulaciones ultramáficas formadas en cámaras de magma que alimentaron la erupción de rocas volcánicas en el cinturón de piedras verdes de Isua. [24] Si este es el caso, entonces no se requiere empuje para ponerlas en contacto con las rocas supracrustales, y las lentes de dunita no proporcionan evidencia de que el Cinturón de Piedras Verdes de Isua sea una ofiolita.
La parte noreste del cinturón de Isua Greenstone se ha interpretado como parte de una cuña de acreción sobre la base de numerosas fallas pequeñas y aparentes repeticiones de la secuencia supracortal, con similitudes con las cuñas de acreción modernas. [13] Esto fue respaldado aún más por aparentes gradientes metamórficos en la misma parte del cinturón, que son similares a los observados en las zonas de subducción modernas. [27] Sin embargo, esta interpretación ha sido fuertemente cuestionada sobre la base de que los tipos de rocas y la deformación son extremadamente consistentes en las diversas fallas en la cuña de acreción propuesta, [7] y que las leyes metamórficas máximas son consistentes en todo el cinturón. [4]
Los modelos tectónicos sin placas incluyen modelos de tubos de calor y penachos del manto, [7] [11], los cuales sugieren que las secuencias volcánicas en Isua se formaron a través de la erupción de magmas derivados del manto con una mínima entrada de la corteza. En un modelo de tubo de calor, [33] la rápida erupción de rocas volcánicas y la correspondiente eliminación del derretimiento del manto inferior provoca un movimiento descendente de la litosfera y el entierro de rocas máficas. Las rocas máficas enterradas eventualmente se calientan y se derriten, produciendo los TTG asociados con el cinturón de piedras verdes de Isua. [7] Este modelo puede explicar la composición máfica de los sedimentos pelíticos en Isua, lo que sugiere que hubo poca corteza félsica presente durante su formación, [11] y la deformación relativamente simple y el grado metamórfico uniforme observado en todo el cinturón. [4] [7] Sin embargo, ha sido criticado por varios motivos, incluido el hecho de que no hay evidencia de que las rocas volcánicas de 3,7 Ga o TTG ascendieran a través de la secuencia de 3,8 Ga, como se esperaría del vulcanismo apilado verticalmente en un modelo de tubo de calor. [34]
Tras su formación, el cinturón de Isua Greenstone ha sufrido dos episodios metamórficos importantes. El primero es anterior a la formación de los diques <3,5 Ga Ameralik [3] y está asociado con la deformación Eoarquea en Isua. Las condiciones de facies de anfibolita se alcanzaron a lo largo del cinturón entre ~3,7 y 3,6 Ga. [4] [14] [35] [36] [37] Aunque se han sugerido localmente condiciones de presión más altas sobre la base de minerales del grupo Ti-humita en peridotitas , [23] [36] se ha cuestionado la confiabilidad de estos minerales para documentar procesos de alta presión. [24] El segundo evento también alcanzó condiciones de facies de anfibolita, y parece haber sido un evento prolongado entre ~2,9 y 2,6 Ga, seguido de un retroceso generalizado de intensidad localmente variable. [4] [14] [35] [37] El efecto de estos dos eventos metamórficos y deformacionales agrega una complejidad significativa a la interpretación de las composiciones geoquímicas primarias y las estructuras geológicas presentes en el cinturón (por ejemplo, ver más abajo).
Debido a su antigüedad, el Cinturón Verde de Isua 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 carbono isotópicamente ligero y luego incorporarlo selectivamente en granos de apatita, nuestros resultados proporcionan evidencia del surgimiento de vida en la Tierra hace al menos 3.800 millones de años antes del presente". [15]
En agosto de 2016, un equipo de investigación con sede en Australia presentó pruebas de que el cinturón de piedras verdes de Isua contiene restos de colonias microbianas de estromatolitos que se formaron hace aproximadamente 3.700 millones de años . [38] [39] Sin embargo, sus interpretaciones son controvertidas. [38] [40] [41] Si estas estructuras son estromatolitos, son anteriores a los estromatolitos más antiguos conocidos anteriormente, encontrados en la Formación Dresser en Australia occidental, en 220 millones de años. [38]
La complejidad de los estromatolitos encontrados en Isua, si es que realmente 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 antigua en la Tierra probablemente evolucionó hace más de 4 mil millones de años. [38] 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 intensos bombardeos de asteroides. [42] La posible formación y preservación de fósiles de este período indican que la vida puede haber evolucionado temprana y prolíficamente en la historia de la Tierra. [42]
Los fósiles de estromatolitos parecen ondulados y tienen forma de cúpula, suelen tener entre 1 y 4 cm (0,4 a 1,6 pulgadas) de alto y se encontraron en dolomitas ricas en hierro y magnesio que habían quedado recientemente expuestas por el derretimiento de la nieve. [39] Las rocas circundantes sugieren que los estromatolitos pueden haber sido depositados en un ambiente marino poco profundo. [38] Si bien la mayoría de las rocas en el Cinturón de Piedra Verde de Isua están demasiado metamórficamente alteradas para preservar los fósiles, el área del descubrimiento de estromatolitos puede haber preservado las rocas sedimentarias originales y los fósiles dentro de ellas. [42] Sin embargo, algunos geólogos interpretan las estructuras como el resultado de la deformación y alteración de la roca original. [40]
Las capas sedimentarias del ISB que contienen 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 circones de torio y uranio que datan de 3.695 ± 400 millones de años. Todas las capas, incluidas las que bordean los estromatolitos, experimentaron metamorfismo y deformación después de la deposición, y temperaturas que no excedieron los 550 °C (1000 °F). [38] [40]
La identidad de las características ISB como estromatolitos es controvertida, porque se pueden formar características similares a través de procesos no biológicos. [42] [40] Algunos geólogos interpretan las texturas sobre 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. [41] [38] [42] Sin embargo, otros sugieren que las rocas están tan alteradas que cualquier interpretación sedimentaria es inapropiada. [40]
En 2016, la geóloga y areóloga Abigail Allwood afirmó que el descubrimiento de los estromatolitos de Isua hace más probable el surgimiento de vida en otros planetas , incluido Marte , poco después de su formación. [42] 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 si surgieran de una deformación. [40] Por lo tanto, los estromatolitos ISB siguen siendo un tema de investigación en curso. [39]
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