冥王代ジルコン

冥王代ジルコンは、地球最古の地質時代である冥王代（約40億年前）から残っている最古の地殻物質です。ジルコンは化学変化に非常に耐性があり、ほとんどの火成岩や変成岩の中に小さな結晶や粒子の形で存在するため、放射年代測定によく使用される鉱物です。^[1]

冥王代ジルコンは、プレートテクトニクスによる物質の循環により、地球上での存在量が非常に少ない。地表の岩石が地球深部に埋もれると、加熱され、再結晶化または溶融することがある。^{[1]オーストラリアの}ジャックヒルズでは、科学者らは他の場所とは対照的に、冥王代ジルコン結晶の比較的包括的な記録を入手した。ジャックヒルズのジルコンは、約30億年前、^[1]または始生代に最初に堆積した変成堆積物中に発見されている。しかし、そこにあるジルコン結晶は、それを含む岩石よりも古い。ジルコンの絶対的な年代と特性、例えば同位体比、鉱物包有物、ジルコンの地球化学を明らかにするために、多くの調査が行われてきた。冥王代ジルコンの特徴は、地球の初期の歴史と過去の地球のプロセスのメカニズムを示している。^[1]これらのジルコン結晶の特性に基づいて、さまざまな地質モデルが提案された。

初期地球の冥王代の地質史は、40.2億年（ギガ年または10億年）より古い岩石記録がないため、ほとんどわかっていません。^{[2] [3] [4]}ほとんどの科学者は、プレートリサイクルメカニズムによって地球の地殻のほぼすべての部分が溶けたと考えています。^[2]しかし、地殻のごく一部は溶けておらず、はるかに若い母岩に含まれるまれな冥王代のジルコン粒子が発見されました。^{[2]冥王代の}砕屑物または継承されたジルコン粒子の調査により、初期地球の地球物理学的条件の証拠が得られます。 ^[4]

初期の地球の真の環境を示す強力な証拠がないため、初期の地球の歴史を説明するために多くのモデルが生み出されています。^[1]冥王代の高い熱生産量と衝突フラックスは、大陸地殻が存在しなかったことを証明しており、これは現代のプロセスとは大きく異なります。大量の未分配データがなく、分析方法の制約がある中で、地球物理学と惑星科学の計算は、この新しい知識領域を探求するために急速に発展しました。^[1]

世界中で発見されたジルコンのうち、40億年以上前のものは1%未満です。^[1] 40億年以上前のジルコンが1つでも発見される可能性は非常に低いです。^[1]ジャックヒルズの40億年以上前のジルコンの豊富さは、ほとんどの始生代珪岩の中では異常に高いため、他のスポットの存在確率は極めて低いです（0.2～0.02%）。^{[5] [検証失敗]}

ウラン鉛年代測定（U-Pb）を他の分析方法と組み合わせて採用することで、より多くの地球化学情報を得ることができます。U-Pb分析によって年代測定された20万個以上の砕屑性ジルコン粒子のうち、40億年以上前のものはわずか3％です。^{[6] [7]}

ウラン含有量と微量元素濃度の違いにより、ジルコンのクラスターは以下のように4つに分類されます^[1]

• 月と隕石のジルコン
• 砕屑粒子ジルコン
• キンバーライトジルコン
• 海洋地殻ジルコン

低い結晶化温度と微量元素特性は、マントル由来のジルコンと海洋地殻由来のジルコンを区別する2つの主な特性です。^{[8] [9] [10]月と隕石のジルコンは、}セリウム異常がないなど、REEシグネチャが独特です。^[11]結晶化温度は900〜1100℃です。対照的に、地球の冥王代ジルコンは600〜780℃に制限されています。^[12]冥王代ジャックヒルズジルコンは、隕石ジルコンと比較して酸素分率の範囲が広いです。^{[12]地球外ジルコンは、どの地球の場所でも発見されていません。成長}帯や包有物鉱物学などのテクスチャ特性は、ジャックヒルズの冥王代ジルコンがすべて火成岩源に由来していることを示しています。^{[13] [14]}

以下の分析に使用された不特定のサンプルは、豊富でデータが入手可能であったため、オーストラリアのジャックヒルズジルコンでした。

U-Pbジルコン系のU-Pb年代測定は、ジルコンが化学的に耐性があり、娘核種であるPbに比べてUとThに富んでいるため、長い間地殻地質年代測定器として考えられてきました。 ^[16]ジルコンの微量元素と同位体組成は、結晶化環境を決定する上で重要です。^[16]

エラウォンドゥーヒル発見地点の礫岩から採取された砕屑性ジルコンの結果^{[17] [18]は、}ジルコンが一般に約3.4億年前と4.1億年前に主要なピークを持つ二峰性の年代分布を示していることを示している。

しかし、ジルコンは放射線によるダメージに敏感で、非晶質物質に分解する可能性があります。 ^[19]元々のウラン濃度が600ppmを超える冥王代ジルコンは、結晶化後の変質の影響が問題となっています。

安定同位体データによると、ジルコンの元のホスト岩石は、地球の表面上またはその近くで形成された大量の物質に関連しており、その後、中部から下部地殻レベルに移動して溶融し、ジルコンが結晶化するホストマグマを生成したことを示しています。^{[6] [13]}

一次包有物を識別するための組織基準の開発^[33]は、ジルコンの起源が時間とともに変化していることを認識し、堆積後の変質の歴史を調査する可能性を開きます。 2つの一般的な包有物の組み合わせがあり、それらは「I型」（角閃石、石英、黒雲母、斜長石、燐灰石、イルメナイト）と「S型」（石英、カリ長石、白雲母、モナザイト）の花崗岩で形成されたものと一致。^{[33]石英が主で、カリ長石、斜長石、白雲母、黒雲母、リン酸塩はそれほど多くなく、現代の}沈み込み帯に関連するものと同様の比較的低い地熱勾配の下で形成されたと解釈されています。^{[14] [33]}

ジルコンの含有量を分析すると、一部のジルコンにはチタン、希土類鉱物、リチウム、アルミニウム、炭素が含まれていることがわかります。特定の比率と正規分布は、ジルコンの起源とマグマの源の証拠となります。

イオンマイクロプローブ（または二次イオン質量分析法、SIMS）とウラン・トリウム・鉛地質年代測定法は、特定の時間間隔で同位体を測定する2つの一般的な方法です。^{[49] [50]}

酸素同位体^[51]およびOH/O比の高精度なその場SIMS測定、ハフニウム同位体のレーザーアブレーション誘導結合質量分析法（LA-ICP-MS）の決定^{[52] [53]}、および原子プローブトモグラフィー^[54]。LA -ICP-MSは現在までに同位体を使用する最も一般的な方法ですが、²⁰⁴ Pbを測定する能力がありません。そのため、40億年以上前の単一ジルコンの発生は、非放射性Pbの包含による可能性があります。

U-Pb年代測定、デルタ^18OおよびTi測定は、CAMECA ims 1270イオンマイクロプローブでテストできます。^[51]サンプルにはエポキシが塗布されています。分析を行うには、サンプルの平らな表面が必要です。^[55] U-Pb年代測定とT測定には、低強度（10-15 nA）の一次Oビームを使用します^。年代測定研究には、U-Pb年代標準AS3を使用しました。Tiの濃度は、ジャックヒルズジルコン^[55]とNIST610ガラスの分析に基づいて決定できます。

包有物の調査には、JEOL 8600電子プローブ分析装置（EPMA）を使用してジルコンを化学的に分析しました。^[1]これは、物質の化学組成を分析するために使用されます。電子ビームが鉱物の表面に照射され、イオンを吹き飛ばし、非常に小さなサンプル内の元素の存在量を推定します。この分析では、TiやLiなど、多くの同位体を一度に測定できます。^[32]

プレートテクトニクス理論は、地殻の生成について広く受け入れられている。冥王代の岩石記録から、ほとんどの科学者は、初期の地球が海のない地獄のような場所だったという仮説は誤りであると結論付けた。^[1]科学者たちは、大陸成長モデル、^[72]アイスランド流紋岩、^[73]中間火成岩、塩基性火成岩、サグダクション、^[74] 衝突溶融、^[75] ヒートパイプテクトニクス、^[76]陸上KREEP ^[77]および多段階シナリオなど、初期の地球の熱史を説明するさまざまなモデルを構築してきた。

最も有名なのは、現代の地殻変動の力学に似た大陸成長モデルである。^[1]

結晶化温度が比較的低く、一部は重酸素に富み、現代の地殻プロセスに似た包有物を含み、約45億年前の珪酸塩分化の証拠を示しています。^[1]初期の陸上水圏、初期の珪長質地殻で、花崗岩が生成され、後に高水分活動条件下で風化され、プレート境界相互作用が存在する可能性もあります。^{[1] [78]}