イスア・グリーンストーンベルト

イスア・グリーンストーン帯は、グリーンランド南西部に位置する始生代のグリーンストーン帯で、37億年から38億年前のものと推定されています。^{[ 2 ]}この帯には、変成度が異なる苦鉄質火山岩と堆積岩が含まれており、地球上で最も大きな始生代初期の地殻岩の露出部となっています。 ^{[ 3 ]}始生代初期の多くの岩石に比べて、その年代と変成度が低いことから^{[ 4 ] 、イスア・グリーンストーン帯は、生命の誕生[ 5 ] [ 6 ]}や、初期の地球で作用したテクトニクスの様式^{[ 7 ] [ 8 ]}に関する研究の焦点となっています。

イスア・グリーンストーン・ベルトは、主に地殻上岩石で構成されているためイスア地殻上ベルトとも呼ばれ、グリーンランド南西部のイスカシア・テレーン^{[ 1 ]}、首都ヌーク近郊に位置しています^{[ 9 ]} 。これは、主に3850～3600万年前の珪長質正片麻岩からなるイツァク片麻岩複合体の中で最大の地殻上岩石の飛び地を形成しています^{[ 10 ]}。グリーンストーン・ベルトは、ジルコン・ウラン・鉛年代測定に基づいて区分された、変成した苦鉄質火山岩と堆積岩の2つの主要なシーケンスで構成されています。これらのシーケンスは、約3800 Maの年代を持つ「南部テレーン」と、約3700 Maの年代を持つ「北部テレーン」です。^{[ 3 ]}より若い南部のテレーンはさらに 2 つのサブテレーンに細分化され、1 つは主にボニナイトに似た変成火山岩からなり、もう 1 つはソレアイト質およびピクライト質の変成火山岩からなります。^{[ 3 ]}イスア グリーンストーン ベルトは、西側でイヴィンギット断層によって境界付けられており、この断層は始生代のイツァク片麻岩複合体をアキア テレーンのより若い (中始生代) 岩石から隔てています。その他の場所では、イツァク片麻岩複合体の珪長質正片麻岩によって境界付けられています。これらは、ベルトの南側に 3800 Ma の片麻岩、ベルトの北側に 3700 Ma の片麻岩があり、イスア グリーンストーン ベルト自​​体の地殻上部の岩石と同様の年代区分を示しています。^{[ 3 ]}

イスア・グリーンストーン・ベルトは、さまざまな岩相から構成されている。最も豊富な岩石の種類は、ボニナイト様からソレアイトやピクライトまで組成が変化する苦鉄質変成火山岩である。イスアのボニナイト質角閃岩はプレートテクトニクスの作用の証拠として解釈されることが多いが、^{[ 20 ]}これらは真のボニナイトではなく^{[ 12 ]}、プレートテクトニクス以外のモデルでもその形成を説明できる。^{[ 11 ]}組織的には、苦鉄質変成火山岩には枕状溶岩と枕状角礫岩が含まれており、これは溶岩が水中で噴火したことを示しており、始生代初期に地表水が存在していたことを必要とする。より珪長質の火山岩組成も観察されているが、これらが火山岩か堆積岩かは明らかではなく^{[ 3 ]} 、潜在的な安山岩の例は著しく風化している^{[ 21 ] 。}

苦鉄質火山岩層には、角閃岩、蛇紋岩、炭酸塩ペリドタイト、ペリドタイトなどのメタ超苦鉄質岩が豊富に含まれています。^{[ 22 ]}これらの岩石の大部分は貫入起源であると広く認められており、超苦鉄質累積岩を表しています。^{[ 22 ]}一部のペリドタイトレンズは、衝上したマントル断片として解釈されており、^{[ 23 ]}イスアグリーンストーンベルトの形成中にプレートテクトニクスが作用していたことを裏付ける証拠として使用されています。しかし、この解釈には異論があり、イスアのすべてのペリドタイトは累積岩であり、火山岩層とともに浅いレベルのマグマ溜まりと導管を表していると示唆する研究もあります。^{[ 24 ]}

変成堆積岩には縞状鉄鉱層と砕屑性珪岩が含まれ、これらは変成した珪質砕屑性堆積岩を表していると考えられる。^{[ 3 ] [ 25 ]}これらは地殻上部帯の一部ではないが、この帯はトーナル岩-トロンドイェム岩-花崗閃緑岩（TTG）正片麻岩の中、または一部が貫入している。

イスア・グリーンストーン帯が形成された地殻構造環境については、依然として議論が続いている。考え方は大きく分けて、プレートテクトニクスモデルと非プレートテクトニクスモデル（このモデルでは、帯は現代の地球に存在するいくつかの可能な地殻構造環境のいずれかで形成されたとする）^{[ 8 ] [ 26 ]}、および非プレートテクトニクスモデルまたは非斉一説モデル（イスア・グリーンストーン帯は現代の地球とは異なる地殻構造体制で形成されたとする）^{[ 7 ]}に分類できる。プレートテクトニクスモデルはさらに細分化され、イスア・グリーンストーン帯またはその一部がオフィオライト（海洋地殻とマントルの衝上した断片）であると主張するもの^{[ 8 ] [ 26 ]}と、沈み込み帯で形成された付加体プリズムであると主張するもの^{[ 13 ] [ 27 ]}がある。非プレートテクトニクスモデルは一般的に、帯の起源はヒートパイプまたはマントルプルームであると示唆している。 ^{[ 7 ] [ 11 ]}これは、地球上でプレートテクトニクスがいつ出現したのか、そして太古代の地球が根本的に異なるテクトニクス体制の下で機能していたのかどうかについての、より広範な議論の一部を形成しています。

イスア緑色岩帯は形成後、2 つの主要な変成作用を経験しました。最初の変成作用は <3.5 Ga アメラリク岩脈の形成に先行し^{[ 3 ]}、イスアの始生代初期の変形に関連しています。約 3.7 億～ 3.6 億の間に、帯全体で角閃岩相の条件に達しました。 ^{[ 4 ] [ 14 ] [ 35 ] [ 36 ] [ 37 ]}ペリドタイト中の Ti-ヒュマイトグループ鉱物に基づいて、局所的に高圧条件が示唆されていますが^{[ 23 ] [ 36 ]}、高圧プロセスを記録するこれらの鉱物の信頼性には疑問が呈されています。^{[ 24 ]} 2 番目のイベントも角閃岩相の条件に達し、約 2.9 億～ 2.6 億の間に長期にわたるイベントであったようで、その後、局所的に強度が異なる広範囲の逆行作用が続きました。^{[ 4 ] [ 14 ] [ 35 ] [ 37 ]}これら 2 つの変成作用と変形作用の影響により、帯状地帯に存在する主要な地球化学的組成と地質構造の解釈が著しく複雑化しています (例えば、下記参照)。

イシュア・グリーンベルトはその古さゆえに、初期の地球生命の痕跡を特定しようとする研究の焦点となってきた。1996年、地質学者のスティーブ・モジス氏らは、この構造の炭素に富む層に同位体的に軽い炭素が存在することは、そこで生物活動が起こったことを示唆しているという仮説を立てた。「同位体的に軽い炭素を生成し、それを選択的にアパタイト粒子に取り込むことができる未知の非生物的プロセスが存在しない限り、我々の結果は、少なくとも現在から38億年前に地球上に生命が出現した証拠を提供する。」^{[ 15 ]}

2016年8月、オーストラリアを拠点とする研究チームは、イスア・グリーンストーン・ベルトには約37億年前に形成されたストロマトライト微生物コロニーの残骸が含まれているという証拠を提示した。^{[ 38 ] [ 39 ]}しかし、その解釈は議論の的となっている。^{[ 38 ] [ 40 ] [ 41 ]}これらの構造がストロマトライトであるとすれば、西オーストラリアのドレッサー層で発見されたこれまで知られている最古のストロマトライトよりも2億2000万年も古いことになる。^{[ 38 ]}

イスアで発見されたストロマトライトの複雑さは、もしそれが本当にストロマトライトであるならば、地球上の生命は形成時にはすでに高度で強靭であり、地球上の最古の生命は40億年以上前に進化していた可能性が高いことを示唆している。^{[ 38 ]}この結論は、37億年前の地球表面の状態の不安定さ、特に激しい小惑星の衝突によって部分的に裏付けられている。^{[ 42 ]}この時代の化石の形成と保存の可能性は、生命が地球の歴史において早期に、そして多産に進化していた可能性を示している。^{[ 42 ]}

ストロマトライトの化石は波状でドーム状をしており、高さは通常1～4 cm (0.4～1.6インチ)で、最近雪解けで露出した鉄とマグネシウムに富むドロマイトの中で発見されました。 ^{[ 39 ]}周囲の岩石から、ストロマトライトは浅い海洋環境で堆積した可能性があると考えられます。^{[ 38 ]}イスア・グリーンストーン・ベルトの岩石のほとんどは変成作用が強すぎて化石が保存されていませんが、ストロマトライトが発見された地域では、元の堆積岩とその中の化石が保存されている可能性があります。^{[ 42 ]}しかし、一部の地質学者は、これらの構造は元の岩石の変形と変質の結果であると解釈しています。^{[ 40 ]}  

ストロマトライトの可能性のある層を含む ISB 堆積層は、37億900万年前の火山岩の上に重なっており、36億9500万±4億年前のトリウム-ウランジルコンを含むドロマイトと縞状鉄鉱層で覆われています。ストロマトライトに隣接する層を含め、すべての層は堆積後に変成作用と変形を受け、温度は550 °C (1,000 °F)を超えませんでした。^{[ 38 ] [ 40 ]}  

ISBの特徴がストロマトライトであるという同一性は議論の的となっている。なぜなら、同様の特徴は非生物学的プロセスによって形成される可能性があるからである。^{[ 42 ] [ 40 ]}一部の地質学者は、推定ストロマトライトの上部のテクスチャを、形成中に側面に砂が堆積したものと解釈し、これらの特徴は後の変成変形ではなく、堆積プロセス中に発生したことを示唆している。^{[ 41 ] [ 38 ] [ 42 ]}しかし、岩石がひどく変質しているため、堆積学的解釈は不適切であると示唆する者もいる。^{[ 40 ]}

2016年、地質学者で岩石学者のアビゲイル・オールウッドは、イスアのストロマトライトの発見により、火星の形成後間もなくの生命の出現を含む、他の惑星での生命の出現の可能性が高まったと述べた。 ^{[ 42 ]}しかし、2018年に彼女と他の地質学者のチームは、これらの構造の起源について重大な疑問を提起する論文を発表し、それらを変形によって生じたものと解釈した。^{[ 40 ]}そのため、ISBストロマトライトは継続的な調査の対象となっている。^{[ 39 ]}

• 始生代の沈み込み
• ヌヴアギットゥク・グリーンストーンベルト