El cinturón de rocas verdes de Isua es un cinturón de rocas verdes arcaico en el suroeste de Groenlandia , con una edad de entre 3.700 y 3.800 millones de años. [2] El cinturón contiene rocas volcánicas y sedimentarias máficas con metamorfosis variable , y es la exposición más grande de rocas supracorticales eoarqueanas en la Tierra. [3] Debido a su edad y bajo grado metamórfico [4] en relación con muchas rocas eoarqueanas, el cinturón de rocas verdes de Isua se ha convertido en un foco de investigaciones sobre el surgimiento de la vida [5] [6] y el estilo de tectónica que operó en la Tierra primitiva. [7] [8]
El cinturón de rocas verdes de Isua, también conocido como cinturón supracortical de Isua , ya que está compuesto principalmente de rocas supracorticales , se encuentra en el suroeste de Groenlandia , en el terreno de Isukasia , [1] cerca de la región de la capital Nuuk . [9] Forma el enclave supracortical más grande del complejo de gneis de Itsaq, que comprende predominantemente ortogneises félsicos de entre 3850 y 3600 millones de años (Ma) . [10] El cinturón de rocas verdes comprende dos secuencias principales de rocas volcánicas y sedimentarias máficas metamorfoseadas, que se dividieron sobre la base de la datación de uranio-plomo con circón . 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 más joven del sur se subdivide en dos subterráneos: uno que comprende predominantemente rocas metavolcánicas similares a la boninita , y el otro que comprende metavolcánicas toleíticas y picríticas . [3] El cinturón de piedra verde de Isua está limitado al oeste por la falla de Ivinnguit, que divide el complejo de gneis Itsaq eoaraqueano de las rocas más jóvenes ( mesoarqueanas ) del terreno Akia . En otros lugares, está limitado por ortogneises félsicos del complejo de gneis Itsaq. Estos muestran una división de edad similar a las rocas supracorticales del propio cinturón de piedra verde de Isua, con gneises de 3800 Magnesio al sur del cinturón y gneises de 3700 Magnesio 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 de circón U-Pb , típicamente utilizando análisis de microsonda iónica de alta resolución (SHRIMP) sensibles ; [3] química de elementos mayores y traza; [11] [12] análisis estructurales; [6] [7] [13] geotermobarometría y modelado metamórfico utilizando diagramas de fase para determinar condiciones metamórficas; [4] [14] y una amplia gama de sistemas isotópicos estables , [15] [16] radiogénicos , [17] y de vida corta . [18]
El Cinturón de Rocas Verdes de Isua comprende muchas litologías diferentes. Los tipos de rocas más abundantes son rocas metavolcánicas máficas con una gama de composiciones que van desde las similares a las boninitas hasta las toleítas y las picritas . Aunque las anfibolitas boniníticas en Isua a menudo se interpretan como evidencia de la acción de la tectónica de placas, [20] estas no son verdaderas boninitas [12] y los modelos que no son de tectónica de placas también pueden explicar su formación. [11] Texturalmente, las metavolcánicas máficas incluyen lavas almohadilladas y brechas almohadilladas , que indican que las lavas erupcionaron subacuáticamente y requieren la presencia de agua superficial durante el Eoarchaean. Se han observado composiciones volcánicas más félsicas, pero no está claro si estas representan rocas volcánicas o sedimentarias, [3] y los únicos ejemplos de andesita potencial están significativamente meteorizados. [21]
Las secuencias volcánicas máficas contienen abundantes rocas meta-ultrámacas, incluyendo anfibolitas, serpentinitas, peridotitas carbonatadas y peridotitas. [22] Se acepta ampliamente que la mayoría de estas son de origen intrusivo, representando acumulaciones ultramáficas. [22] Algunas lentes de peridotita han sido interpretadas como fragmentos de manto obducidos , [23] y se han utilizado como evidencia para apoyar el funcionamiento de la tectónica de placas durante la formación del Cinturón de Rocas Verdes de Isua. Sin embargo, esta interpretación es controvertida, y algunos estudios sugieren que todas las peridotitas en Isua son acumulaciones, representando cámaras de magma de nivel superficial y conductos con las secuencias volcánicas. [24]
Las rocas metasedimentarias incluyen formación de hierro bandeado y cuarcita detrítica , que probablemente representan una roca sedimentaria siliciclástica metamorfoseada . [3] [25] Aunque no forman parte del cinturón supracortical en sí, el cinturón está alojado en lugares intrusionados por ortogneises de tonalita-trondhjemita-granodiorita (TTG) .
El entorno tectónico en el que se formó el Cinturón de Piedras Verdes de Isua sigue siendo controvertido. Las ideas se pueden dividir en general 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 no tectónicos de placas o no uniformistas , en los que el Cinturón de Piedras Verdes de Isua se formó en un régimen tectónico que era diferente al de la Tierra moderna. [7] Los modelos tectónicos de placas se pueden subdividir en aquellos que sostienen que el Cinturón de Piedras Verdes de Isua o partes de él representan una ofiolita , [8] [26] una franja de corteza oceánica y manto obducidos , y aquellos que sostienen que el cinturón representa un prisma de acreción, [13] [27] formado en una zona de subducción. Los modelos no tectónicos de placas generalmente sugieren un origen de tubo de calor o penacho 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 operó bajo un régimen tectónico fundamentalmente diferente.
Furnes et al. (2007) sugirieron que la presencia de lavas almohadilladas y diques paralelos muy espaciados indicaba que el Cinturón de Piedras Verdes de Isua representaba una ofiolita. [8] La interpretación de los diques paralelos como un complejo de diques laminados fue particularmente importante ya que los complejos de diques laminados 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. eran de hecho una generación mucho más joven de diques, los diques Ameralik de ~3.5 mil millones de años (Ga), y por lo tanto no estaban relacionados con las lavas almohadilladas y otras rocas volcánicas del cinturón. [21] [28] Otras objeciones se relacionaban con la composición de los diques, que son diferentes a los encontrados en las ofiolitas modernas. [29]
A pesar del desacuerdo sobre la presencia de un complejo de diques laminares en Isua, se han propuesto líneas de evidencia alternativas en apoyo de un origen ofiolítico para el cinturón. Estas se basan principalmente en la geoquímica de las rocas volcánicas en el cinturón: las anfibolitas toleíticas se han interpretado como toleítas de arco insular metamorfoseadas, [26] [30] [31] y las anfibolitas similares a las boninitas se han interpretado como que representan boninitas metamorfoseadas. [20] [26] [31] Sin embargo, estudios posteriores han señalado que las anfibolitas similares a las boninitas son de hecho basaltos con bajo contenido de titanio, con muy poca sílice para clasificarlas como boninitas, [12] y el modelado geoquímico reciente sugiere que todo el rango de composición volcánica en Isua se puede explicar sin requerir un entorno tectónico de placas. [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, particularmente dos lentes de dunita denominadas 'lente A' y 'lente B'. [23] Se argumentó que estas 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 supracortical en Isua requeriría que estas rocas hubieran sido empujadas a la superficie, lo que respalda un origen ofiolítico para el cinturón. [26] Sin embargo, trabajos más recientes disputan un origen del manto para estas rocas y sugieren que todas las características de las lentes de dunita pueden explicarse por la representación de 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 ningún empuje para ponerlos en contacto con las rocas supracorticales, 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 Rocas Verdes de Isua ha sido interpretada como parte de una cuña de acreción sobre la base de numerosas fallas pequeñas y repeticiones aparentes de la secuencia supracortical, con similitudes con las cuñas de acreción modernas. [13] Esto fue respaldado además por gradientes metamórficos aparentes 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 roca y la tensión son extremadamente consistentes a lo largo de las diversas fallas en la cuña de acreción propuesta, [7] y que los grados metamórficos máximos son consistentes a lo largo de todo el cinturón. [4]
Los modelos no tectónicos de placas incluyen modelos de tubos de calor y de 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 un aporte mínimo de la corteza. En un modelo de tubos de calor, [33] la erupción rápida de rocas volcánicas y la correspondiente remoción del derretimiento del manto debajo causa el 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 Rocas Verdes de Isua. [7] Este modelo puede explicar la composición máfica de los sedimentos pelíticos en Isua, lo que sugiere que había poca corteza félsica presente durante su formación, [11] y la deformación relativamente simple y el grado metamórfico uniforme observados 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 para el vulcanismo apilado verticalmente en un modelo de tubo de calor. [34]
Tras su formación, el cinturón de rocas verdes de Isua ha sufrido dos episodios metamórficos importantes. El primero es anterior a la formación de los diques Ameralik de <3,5 Ga [3] y está asociado a la deformación Eoarchaean en Isua. Se alcanzaron condiciones de facies de anfibolita en todo el cinturón entre ~3,7 y 3,6 Ga. [4] [14] [35] [36] [37] Aunque se han sugerido condiciones de presión más altas localmente sobre la base de minerales del grupo Ti-humita en peridotitas, [23] [36] se ha cuestionado la fiabilidad 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 una regresión generalizada 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 a continuación).
Debido a su edad, 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 era indicativo de que allí se había producido actividad biológica. "A menos que exista algún proceso abiótico desconocido que sea capaz de crear ese carbono isotópicamente ligero y luego incorporarlo selectivamente a los granos de apatita, nuestros resultados proporcionan evidencia del surgimiento de la vida en la Tierra al menos 3.800 millones de años antes del presente". [15]
En agosto de 2016, un equipo de investigación con base en Australia presentó evidencia de que el Cinturón de Piedras Verdes de Isua contiene los 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 previamente, encontrados en la Formación Dresser en el oeste de Australia, en 220 millones de años. [38]
La complejidad de los estromatolitos encontrados en Isua, si es que en efecto 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 temprana 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 3.7 mil millones de años, que incluyeron un intenso bombardeo de asteroides. [42] La posible formación y preservación de fósiles de este período indica que la vida puede haber evolucionado temprano y prolíficamente en la historia de la Tierra. [42]
Los fósiles de estromatolitos parecen ondulados y en forma de cúpula, miden típicamente entre 1 y 4 cm (0,4 y 1,6 pulgadas) de alto y se encontraron en dolomitas ricas en hierro y magnesio que habían quedado expuestas recientemente por el derretimiento de la nieve. [39] Las rocas circundantes sugieren que los estromatolitos pueden haberse depositado en un entorno marino poco profundo. [38] Si bien la mayoría de las rocas en el Cinturón de Piedras Verdes de Isua están demasiado alteradas metamórficamente para preservar fósiles, el área del descubrimiento de estromatolitos puede haber preservado 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 de la ISB que contienen los posibles estromatolitos se superponen a rocas volcánicas que datan de hace 3.709 millones de años y están cubiertas por formaciones de dolomita y hierro bandeado con circones de torio y uranio que datan de hace 3.695 ± 0.400 millones de años. Todas las capas, incluidas las que bordean los estromatolitos, experimentaron metamorfismo y deformación después de la deposición, y temperaturas que no superaron los 550 °C (1.000 °F). [38] [40]
La identidad de las características de la ISB como estromatolitos es controvertida, porque características similares pueden formarse 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 surgidas de la deformación. [40] Por lo tanto, los estromatolitos de ISB siguen siendo un tema de investigación en curso. [39]
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