Sejarah zirkon tektonik lempeng kuno 3,6 miliar tahun yang lalu – peristiwa penting yang membuat Bumi ramah untuk kehidupan

Tim peneliti mempelajari zirkon, dan dicitrakan menggunakan pendaran Katolik, teknik yang memungkinkan tim untuk memvisualisasikan bagian dalam kristal menggunakan mikroskop elektron pemindai khusus. Lingkaran hitam pada zirkon adalah rongga yang ditinggalkan oleh laser yang digunakan untuk menganalisis usia dan kimia zirkon. Ilmuwan yang dipimpin oleh Michael Akerson, ahli geologi penelitian di Museum Nasional Sejarah Alam Lembaga Smithsonian, memberikan bukti baru bahwa lempeng tektonik modern, ciri khas Bumi dan kemampuannya yang unik untuk mendukung kehidupan, muncul hampir 3,6 miliar tahun yang lalu. Studi yang diterbitkan 14 Mei di jurnal Geochemical Perspective Letters, menggunakan zirkon, mineral tertua yang ditemukan di Bumi, untuk melihat masa lalu planet ini. Tim tersebut menguji lebih dari 3.500 zirkon, masing-masing selebar beberapa rambut manusia, dengan meledakkannya dengan laser dan kemudian mengukur komposisi kimianya dengan spektrometer massa. Tes ini mengungkapkan usia dan kimia dasar setiap zirkon. Dari ribuan yang diuji, sekitar 200 layak untuk dipelajari karena malapetaka miliaran tahun yang telah dialami mineral ini sejak dimulainya. Kredit: Michael Akerson, Smithsonian

Sejarah mineral tertua di Bumi merupakan awal dari lempeng tektonik 3,6 miliar tahun yang lalu

Zirkon kuno dari Jack Hills di Australia Barat mempertajam sejarah sebuah peristiwa yang sangat penting untuk membuat planet ini ramah bagi kehidupan.

Ilmuwan yang dipimpin oleh Michael Akerson, ahli geologi penelitian di Museum Nasional Sejarah Alam Lembaga Smithsonian, memberikan bukti baru bahwa lempeng tektonik modern, ciri khas Bumi dan kemampuannya yang unik untuk mendukung kehidupan, muncul hampir 3,6 miliar tahun yang lalu.

Bumi adalah satu-satunya planet yang diketahui memiliki kehidupan kompleks, dan kemampuan ini sebagian bergantung pada fitur lain yang membuat planet ini unik: lempeng tektonik. Tidak ada benda planet lain yang diketahui sains memiliki kerak dinamis bumi, yang terurai menjadi lempeng benua yang bergerak, retak, dan bertabrakan satu sama lain selama ribuan tahun. Tektonik lempeng menyediakan hubungan antara reaktor kimia inti Bumi dan permukaannya yang merekayasa planet layak huni yang dinikmati orang saat ini, dari oksigen di atmosfer hingga konsentrasi karbon dioksida yang mengatur iklim. Tetapi kapan dan bagaimana lempeng tektonik dimulai tetap misterius, terkubur di bawah miliaran tahun waktu geologis.

Studi tersebut dipublikasikan pada 14 Mei 2021 di jurnal tersebut Surat Perspektif GeokimiaZirkon, mineral tertua yang ditemukan di Bumi, digunakan untuk melihat kembali masa lalu planet ini.

Sampel diambil dari Jack Hills di Australia Barat, di mana sampel zirkon diambil dari 15 batuan seukuran jeruk bali yang dikumpulkan oleh tim peneliti. Ilmuwan yang dipimpin oleh Michael Akerson, ahli geologi penelitian di Museum Nasional Sejarah Alam Lembaga Smithsonian, memberikan bukti baru bahwa lempeng tektonik modern, ciri khas Bumi dan kemampuannya yang unik untuk mendukung kehidupan, muncul hampir 3,6 miliar tahun yang lalu. Studi yang diterbitkan 14 Mei di jurnal Geochemical Perspective Letters, menggunakan zirkon, mineral tertua yang ditemukan di Bumi, untuk melihat masa lalu planet ini. Kredit: Dustin Trail, Universitas Rochester

Zirkon tertua dalam penelitian ini, yang berasal dari Jack Hills di Australia Barat, berusia sekitar 4,3 miliar tahun – yang berarti bahwa mineral yang hampir tidak bisa dihancurkan ini terbentuk ketika Bumi sendiri masih dalam masa pertumbuhan, hanya sekitar 200 juta tahun. Bersama dengan zirkon kuno lainnya yang dikumpulkan dari Jack Hills yang membentang sepanjang sejarah paling awal Bumi hingga 3 miliar tahun, mineral ini memberi para peneliti hal terdekat yang dimiliki para peneliti dengan catatan kimia yang sedang berlangsung di dunia yang sedang berkembang.

“Kami sedang membangun kembali bagaimana Bumi berubah dari bola batuan dan logam yang meleleh menjadi seperti yang kita miliki saat ini,” kata Akerson. “Tidak ada planet lain yang memiliki benua atau samudra cair atau kehidupan. Di satu sisi, kami mencoba menjawab pertanyaan mengapa Bumi begitu unik, dan kami dapat menjawabnya sampai batas tertentu menggunakan zirkon ini.”

Untuk melihat miliaran tahun terakhir Bumi, Akerson dan tim peneliti mengumpulkan 15 batu seukuran jeruk bali dari Jack Hills dan menguranginya menjadi bagian terkecilnya – mineral – dengan menggilingnya menjadi pasir dengan mesin yang disebut tupai. Untungnya, zirkon sangat padat, yang membuatnya relatif terpisah dari pasir lainnya dengan menggunakan teknik serupa untuk mencuci emas.

Sepotong batu tipis yang dipoles yang dikumpulkan dari Jack Hills di Australia Barat. Menggunakan mikroskop khusus yang dilengkapi dengan lensa terpolarisasi, tim peneliti dapat memeriksa struktur internal kuarsa yang rumit yang terdiri dari bebatuan, termasuk fitur unik yang memungkinkan mereka mengenali zirkon kuno (mineral ungu di tengah garis merah. Gambar interior ada pada gambar yang benar). Ilmuwan yang dipimpin oleh Michael Akerson, ahli geologi penelitian di Museum Nasional Sejarah Alam Lembaga Smithsonian, memberikan bukti baru bahwa lempeng tektonik modern, ciri khas Bumi dan kemampuannya yang unik untuk mendukung kehidupan, muncul hampir 3,6 miliar tahun yang lalu. Studi yang diterbitkan 14 Mei di jurnal Geochemical Perspective Letters, menggunakan zirkon, mineral tertua yang ditemukan di Bumi, untuk melihat masa lalu planet ini. Untuk melihat miliaran tahun terakhir Bumi, Akerson dan tim peneliti mengumpulkan 15 batu seukuran jeruk bali dari Jack Hills dan menguranginya menjadi bagian terkecilnya – mineral – dengan menggilingnya menjadi pasir dengan mesin yang disebut tupai. Untungnya, zirkon sangat padat, yang membuatnya relatif terpisah dari pasir lainnya dengan menggunakan teknik serupa untuk mencuci emas. Kredit: Michael Akerson, Smithsonian

Tim tersebut menguji lebih dari 3.500 zirkon, masing-masing selebar beberapa rambut manusia, dengan meledakkannya dengan laser dan kemudian mengukur komposisi kimianya dengan spektrometer massa. Tes ini mengungkapkan usia dan kimia dasar setiap zirkon. Dari ribuan yang diuji, sekitar 200 layak untuk dipelajari karena malapetaka miliaran tahun yang telah dialami mineral ini sejak dimulainya.

“Mengungkap rahasia yang ditemukan dalam mineral ini bukanlah tugas yang mudah,” kata Akerson. “Kami menganalisis ribuan kristal ini untuk menghasilkan beberapa poin data yang berguna, tetapi setiap sampel memiliki potensi untuk memberi tahu kami sesuatu yang benar-benar baru dan membentuk kembali cara kami memahami asal mula planet kami.”

Umur zirkon dapat ditentukan dengan tingkat akurasi yang tinggi karena masing-masing zirkon mengandung uranium. Sifat radioaktif uranium yang terkenal dan laju dekomposisi kuantumnya memungkinkan para ilmuwan merekayasa balik durasi keberadaan mineral tersebut.

Kandungan aluminium di setiap zirkon juga menarik bagi tim peneliti. Pengujian pada zirkon modern menunjukkan bahwa zirkon aluminium tinggi hanya dapat diproduksi dengan cara yang terbatas, memungkinkan para peneliti menggunakan keberadaan aluminium untuk menyimpulkan apa yang terjadi, secara geologis, pada saat zirkon terbentuk.

Setelah menganalisis hasil ratusan zirkon berguna dari ribuan yang diuji, Akerson dan rekannya memecahkan kode peningkatan luar biasa dalam konsentrasi aluminium sekitar 3,6 miliar tahun yang lalu.

“Pergeseran struktural ini kemungkinan menandai dimulainya lempeng tektonik gaya modern dan bisa menandakan munculnya kehidupan di Bumi,” kata Akerson. “Tapi kita perlu melakukan lebih banyak penelitian untuk menentukan kaitan antara pergeseran geologis ini dengan asal mula kehidupan.”

Garis kesimpulan yang menghubungkan zirkon aluminium tinggi ke awal kerak dinamis dengan lempeng tektonik bekerja sebagai berikut: Salah satu dari sedikit cara untuk membentuk zirkon aluminium tinggi adalah dengan mencairkan batuan lebih dalam di bawah permukaan bumi.

“Sangat sulit untuk mengubah aluminium menjadi zirkon karena ikatan kimianya,” kata Akerson. “Anda membutuhkan kondisi geologis yang sangat parah.”

Accerson menjelaskan bahwa tanda batuan mencair lebih dalam di bawah permukaan bumi berarti bahwa kerak planet semakin tebal dan mulai mendingin, dan ketebalan kerak bumi ini adalah tanda bahwa transisi ke lempeng tektonik modern sedang berlangsung.

Penelitian sebelumnya pada Acasta Gneiss yang berusia 4 miliar tahun di Kanada utara menunjukkan bahwa kerak bumi mengembun dan menyebabkan batuan mencair lebih dalam di dalam planet.

“Hasil Acasta Gneiss memberi kami lebih percaya diri dalam interpretasi kami tentang zirkon Jack Hills,” kata Akerson. “Saat ini situs-situs ini dipisahkan oleh ribuan mil, tetapi mereka memberi tahu kami cerita yang cukup konsisten, yaitu sekitar 3,6 miliar tahun yang lalu sesuatu yang penting sedang terjadi secara global.”

Karya ini adalah bagian dari prakarsa museum baru yang disebut Our Unique Planet, kemitraan publik-swasta, yang mendukung penelitian terhadap beberapa pertanyaan terpenting dan bertahan lama tentang apa yang membuat Bumi istimewa. Penelitian lain akan melihat sumber lautan cair Bumi dan bagaimana mineral dapat membantu memicu kehidupan.

Akerson berharap untuk mengikuti temuan ini dengan meneliti zirkon Jack Hills kuno untuk jejak kehidupan dan dengan melihat formasi batuan yang sangat kuno untuk melihat apakah mereka juga menunjukkan tanda-tanda penebalan kerak bumi sekitar 3,6 miliar tahun yang lalu.

Referensi: “Muncul dan Efek Magma Kerak Peraluminus di Bumi Awal” Oleh MR Ackerson, D. Trail dan J. Buettner, 14 Mei 2021, Tersedia di sini. Surat Perspektif Geokimia.
DOI: 10.7185 / geochemlet.2114

Pendanaan dan dukungan untuk penelitian ini disediakan oleh Smithsonian Institution dan National Aeronautics and Space Administration (NASA).