В древних цирконах обнаружены наносферы металлического свинца

Metallic lead nanospheres discovered in ancient zircons. Monika A. Kusiak, Daniel J. Dunkley, Richard Wirth, Martin J. Whitehouse, Simon A. Wilde, Katharina Marquardt. PNAS. 2015. Vol. 112. No 16. Р. 4958–4963.

Минерал циркон (ZrSiO₄) является природным геохронометром, так как он сохраняет в себе информацию о возрасте и геохимических особенностях геологических процессов. Циркон содержится в горных породах в виде крошечных зерен, содержащих изотопы ²³⁵U и ²³⁸U, которые распадаются с постоянной скоростью до изотопов ²⁰⁷Pb и ²⁰⁶Pb. Соотношение этих изотопов свинца и позволяет вычислить возраст минералов. Однако точность изотопной U-Pb геохронологии по цирконам нарушается из-за перераспределения радиогенного Pb, не связанного в кристаллической структуре минерала. Особенно это характерно для цирконов, подвергшихся высокотемпературному метаморфизму, ионное изображение которых демонстрирует наличие субмикрометровых доменов, распределенных достаточно равномерно внутри кристаллов. Это явление серьезно мешает установлению правильного U-Pb возраста, порой показывая катархейские значения (> 4 млрд лет) для более молодых цирконов. Используя сканирующую трансмиссионную электронную микроскопию высокого разрешения авторы изучили химический и минералогический составы таких обогащенных свинцом доменов и попытались разобраться в механизме перераспределения Pb в цирконах и понять, как этот процесс влияет на точность геохронометрических данных. При изучении древних (> 3,4 млрд лет) цирконов из района Восточной Антарктиды, подвергшегося в позднем архее (2,5 млрд лет назад) высокотемпературному метаморфизму, было выяснено, что обогащенные домены в них представляют собой наносферы металлического свинца размером 5–30 нм, хаотично распределенные относительно кристаллической решетки минерала. Связь свинцовых наносфер с аморфными включениями силикатного расплава, обогащенными Ti и Al, свидетельствуют об их образовании в процессе ультравысокотемпературного метаморфизма. Чистый металлический свинец чрезвычайно редко встречается в природе и ранее никогда не отмечался в связи с метаморфическими процессами. Образование подобных свинцовых наносфер в отожженном цирконе приводит к резкому прекращению потери минералом радиогенного Pb. Таким образом, на точность определения геологического возраста по цирконам с использованием микролучевого U-Pb метода изотопной геохронологии влияет как перераспределение, так и фазовая сепарация радиогенного Pb в минерале. Результаты исследования представляют существенный научный интерес, так как именно по цирконам определяется возраст древнейших пород на Земле. Самые древние цирконы находят в породах древних кристаллических щитов на всех континентах. Так, в массиве Джек Хиллз в Западной Австралии возраст цирконов определяется в 4,46 млрд лет, и это пока древнейшие горные породы на планете. Чуть моложе (около 4,03 млрд лет) гнейсы, найденные в Канаде. Аналогичного возраста породы есть в Гренландии, Северном Китае и в Восточной Антарктиде на Земле Эндерби. Образцы из Восточной Антарктиды, изученные авторами, оказались почти на 500 млн лет моложе, чем считалось ранее.

В.В. Стрекопытов