חגורת האבן הירוקה של ברברטון

חגורת האבן הירוקה של ברברטון
Barberton Greenstone Belt
מידע כללי
מדינה	דרום אפריקה, אסוואטיני
מיקום	מפומלנגה, דרום אפריקה
קואורדינטות	25°58′26″S 31°00′50″E / 25.973889°S 31.013889°E
	(למפת דרום אפריקה רגילה) פרטוריה קייפטאון בלומפונטיין יוהנסבורג דרבן פורט אליזבת נמיביה בוטסואנה זימבבואה מוזמביק לסוטו אסוואטיני האוקיינוס ההודי חגורת האבן הירוקה של ברברטון

חגורת האבן הירוקה של ברברטון (באנגלית: Barberton Greenstone Belt) שוכנת בקצה המזרחי של קראטון קאפוואל (Kaapvaal Craton) בדרום אפריקה. היא ידועה במינרליזציה של הזהב שלה ובקומטיטים שלה. סלע געשי אולטרה-מאפי שנקרא על שם נהר קומאטי (Komati) שעובר בחגורה. כמה מהסלעים החשופים העתיקים ביותר על פני כדור הארץ – עתיקים מ-3.6 מיליארד שנה – נמצאים בחגורת האבן הירוקה של ברברטון באזורי אסוואטיני-ברברטון (Eswatini-Barberton) ומכילים כמה מהעקבות העתיקים ביותר של חיים על פני כדור הארץ, שניים רק לחגורת האבן הירוקה של איסואה במערב גרינלנד. הרי ברברטון מקונג'ווה הם 40% מחגורת ברברטון.^[1] חגורת האבן נקראת על שם העיר ברברטון, פרובינציית מפומלנגה, מזרח דרום אפריקה.

היסטוריה ותיאור

מפה של חגורת האבן הירוקה.

מבט אווירי מהלוויין Landsat 7 מתוכנית לאנדסאט, עם Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+)

חגורת ברברטון מורכבת מרצף של ליבות סלעי מאפי, לבה וסלעי משקע בגיל 3.2 עד 3.5 מיליארד שנה. סלעי הגרניט מוקמו על פני טווח זמן של 500 מיליון שנה בשתי שכבות: טונליט – טרונדהיימיט – גרנודיוריט (TTG), שכבה בגיל 3.2–3.5 מיליארד שנה, וגרניט – מונזוגרניט – סיאניט (GMS), שכבה בת כ-3.1–3.2 מיליארד שנה. שכבת GMS נמצאת על פני חלקים נרחבים של קראטון קפוואל (Kaapvaal Craton) ותיארוכה עולה בקנה אחד עם ההשתקעות וההתרבדות הראשונה של החלקים המרכזיים של הקראטון. "ב-GMS בפיסת הקרום של חגורת האבן הירוקה של ברברטון יש מאפיינים פנימיים וחיצוניים שונים מאלה של ה-TTG המוקדם יותר. חדירות בודדות עשויות לכסות אלפי קמ"ר וגופי גרניט מרוכבים אלה מכונים "בתולית", מה שמרמז על ההרכב החודרני שלהם. טבעם הטרוגני מבחינת מרקמם והיקף השטח העצום שהם מכסים. לרוב, החדירות האלה נראות לא מעוותות."^[2]

אזור ברברטון עבר שתי אפיזודות טקטוניות של הצטברות שטח לפני 3.5 ו-3.2 מיליארד שנים. שלבים מוקדמים של התפתחות המגן נחשפים בהרי ברברטון מקונג'ווה, שם היווצרות היבשת התרחשה לראשונה על ידי הצטברות מאגמטית ומיזוג (amalgamation) טקטוני של בלוקים פרוטו-יבשתיים קטנים. באזור נמצאו מספר בלוקים דיאכרוניים (רב-זמניים) קטנים (בני 3.2–3.6 מיליאד שנים). ככל הנראה כל גוש מייצג מחזור של מאגמטיזם ושקיעה הקשורה לתצורת קשת. תצורת הוגנוג (Hooggenoeg) של חגורת ברברטון בת 3.45 מיליארד שנה והיא התפתחה באמצעות מאגמטיזם. לאחר שלב התפתחות הקרום הגיעה תקופה של מאגמטיות קרטונית מזוארכאית (לפני 3 עד 3.1 מיליארד שנה) המסומנת על ידי היווצרות קשת צעירה גדולה בצורת חצי סהר שהצטברה על השוליים הצפוניים והמערביים של שילד הקאפוואל המתפתח. ההשערה היא שחגורות אבן ירוקות מעידן הארכאיקון נוצרו מקרום אוקיאני פסיבי בשוליים שהפך לחלק משוליים נרחבים של חתך-תחתית. משערים כי חדירות ה-TTG נוצרו על ידי מאגמטיזם שלאחר שקיעה, כאשר זו הופסקה, אולי על ידי הגעת מיקרו-קראטון.

הבתולית בת 3.1 מיליארד השנה של מפולוזי (Mpuluzi) בשטח הגרניט-גנייס של ברברטון מורכבת משכבות גרניט. החלקים הגבוהים הם רשת דמוית השקה של דייקים ויריעות תלולות, מעוותות. מחקר של וסטרט (Westraat et al., 2005) ציין: "מערכות יחסים פולשניות מרובות ועדויות גאוכרונולוגיות מצביעות על כך שיריעות גרניט והרכבת הסלעים הפלוטוניים התרחשו על פני תקופה של 3–13 מיליון שנים. הקשר המרחבי והזמני בין דפורמציה (עיוות צורני) והצבת מאגמה משקף אפיזודות של התרחבות מצטברת הקשורה לדפורמציה לאורך אזורי הגזירה התוחמים ושכבות הגרניט. המעבר לשכבות הגרניט התת-אופקיות בעיקר ברמות מבניות גבוהות יותר של בתולית מפולוזי (Mpuluzi batholit) מצביע על חדירת גרניט במהלך קיצור אזורי תת-אופקי, כאשר הכיוון מחדש של המתח הנורמלי המינימלי ליחסים אנכיים ברמות רדודות של מיקום אפשרו הרחבה אנכית והתרבדות תת-אופקית של שכבות הגרניט."^[2]

אירוע פגיעה אפשרי

באפריל 2014 דיווחו מדענים על מציאת עדויות לאירוע פגיעת המטאור היבשתי הגדול ביותר הידוע ליד חגורת ברברטון. הם העריכו שהפגיעה התרחשה לפני כ-3.26 מיליארד שנים (בתקופת הפליאורכיאן של עידן הארכאיקון העליון בפרקמבריון) ושהפגיעה הייתה ברוחב 38–57 ק"מ, פי חמישה מהמכתש האחראי למכתש צ'יקשולוב בחצי האי יוקטן, שהיה בגודל הר אוורסט.^[3] לפי ההערכות, המטאור התנגש בכדור הארץ במהירות 20 קילומטר לשנייה ושחרר אנרגיה עצומה שגרמה לרעידות אדמה בעוצמה של 10.8 ולמגה-צונאמי בגובה אלפי מטרים. המכתש מהאירוע הזה, אם עדיין קיים, עדיין לא נמצא.^[3]

שכבות ברברטון TTG ו-GMS

הר ברברטון הוא שטח אדמה שמור היטב מלפני 3 מיליארד שנה של גרניט ירקרק. חגורת האבן הירוקה מורכבת מרצף של לבות מאפיות עד אולטרה-מאפיות וסלעים מטאסדימנטריים שנוצרו ושוקעו לפני 3.5 עד 3.2 מיליארד שנה. סלעי הגרניטואידים הוצבו על פני פרק זמן של 500 מיליון שנה וניתן לחלקם לשתי שכבות. TTG, מלפני 3.2–3.5 מיליארד שנה, מכילה טונליטים, טרונדהיימיטים וגרנדיוריטים. שכבת GMS מלפני 3.1–3.2 מיליארד שנה כוללת גרניט, מונזוגרניט ומתחם סיאניט-גרניט קטן.

על פי מחקר של יארון (Yearron et al., 2003):

"ה-TTG הם בדרך כלל סוגי גרניט מסוג I ‏(I-type granite) עם ערך K (אשלגן) מתכתי נמוך עד בינוני. דפוסי היסודות הנדירים (Rare-earth element – REE) שלהם, המנורמלים עם כונדריט, מציגים שתי מגמות. רוב הסלעים הפלוטוניים מכילים כמות גבוהה של יסודות נדירים קלים (light Rare-earth element – LREE), וכמות נמוכה של יסודות נדירים כבדים (heavy Rare-earth element – HREE), עם אנומליות קטנות או ללא אנומליות של אירופיום. סלעים פלוטוניים בסטיינסדורפ (Steynsdorp) ובדורנהוק (Doornhoek) אינם דלים ביסודות נדירים כבדים, ויש בהם אנומליה של אירופיום. ניתוח איזוטופים של נאודימיום מראה שלסלעי TTG בני 3.4 מיליארד שנה יש ערכי εNd (אחד השלבים בתיארוך סמריום-נאודימיום) חיוביים (0 עד +3.7, לפי תיארוך סמריום-נאודימיום), המעידים על מקורות מעטפת מדולדלת, בדומה לתצורות החגורות הירוקות העתיקות ביותר (ה-Onverwacht). לעומת זאת, לסלעי TTG בני 3.2 מיליארד שנה יש εNd שלילי, דבר המצביע על כך שקרום או מעטפת מועשרת חדרו למגמות.

סלעים פלוטוניים מגרניט, תוצרי אפיזודה מגמטית מאוחרת, קשורים לחדירת כמויות גדולות של שכבות GMS. סלעי GMS הם סלעי יסוד מתכתיים (I-typerocks, קיצור של Igneous rock, סלע יסוד) עם רמת אשלגן (Potassium, שסימנו הכימי K) בינונית וגבוהה. הם מציגים שני דפוסי REE דומיננטיים. סלעי GMS בינוני-K (חלקי ה-Dalmeinand של Heerenveen) מועשרים ב-LREE, מדוללים ב-HREE ואין להם חריגות Eu, בעוד ש-GMS עם רמת אשלגן גבוהה (נמצא ב-Heerenveen, Mpuluzi ו-Boesmanskop) מועשרים יחסית ב-HREE עם חריגות שליליות. ערכי εNd חיוביים ושליליים (-4.4 עד +4.8) נמצאו עבור סלע היסוד הפלוטוני סיאניט בבוסמנסקופ (Boesmanskop) והם עדות לחתימות של מעטפת מדולדלת וקריסטל. דפוסי εNd ו-REE, בפרט, מספקים תובנות לגבי ההרכבים של סלעי מקור פוטנציאליים ורסטייטים (רסטייט, Restite, הוא החומר שנותר באתר ההתכה אחרי התפרצות מאגמה) עבור שכבות TTG ו-GMS.

יסודות נדירים כבדים ואירופיום מאוכסנים בקלות בגארנט ובפלגיוקלז, בהתאמה, ולכן דלדול שלהם מרמז על נוכחותם של מינרלים אלה בשאריות המאגמה (restite). עבור שכבת ה-TTG, ייתכן שיש מקור אמפיבוליטי או אקלוגיטי עשיר במעטפת בעומק מעל 40 ק"מ. הנחה זו קיבלה חיזוק על ידי מחקר ניסיוני שהגביל את יציבות הגארנט בשכבות הטרונדהיימיט ובטמפרטורות מגמטיות ללחץ של 15.24 קילובר עם טווח טעות של 0.5 קילובר, המקביל לעומק של 54.9 ק"מ עם טווח טעות של 1.8 ק"מ. לעומת זאת, לשכבת ה-GMS היה ככל הנראה מקור עשיר בפלגיוקלז, דל בגארנט, שעשוי להיות תערובת של חומרי מעטפת מדולדלת וחומרי קרום.

שני הפרקים של הצטברות שטח בין 3.5 ל-3.2 מיליארד שנה לפני זמננו תואמים לגילי מאגמת ה-TTG. ארגון הדחיסה הטקטונית הזו, והמסה חלקית של חומר מסוג אבן ירוקה, מצביעים על כך שהאמפיבוליטים הבזלתיים של רצפי האבן הירוקה הם חומרי המקור לשכבות ה-TTG. לא ניתן להסיק בקלות מה סלעי המקור של שכבת GMS, אך לפי ערכי כימיה וערכי εNd של סיאניט מבוסמנסקופ (Boesmanskop) נראה שיש מקור היברידי של מעטפת וקרום. סוג זה של מקור היברידי עשוי להסביר גם את המאפיינים של הבתוליתים המונזוגרניטיים (Monzogranite, תוצרי המאגמה). קשרים בין סיאניט למונזוגרניטים שכיחים, במיוחד במסגרות פוסט-אורוגניות של הרחבה / אזורים שלאחר הימתחות (Transtension). פעילות הרחבה לא תועדה בברברטון, אך קיים העתק בן 3.1 מיליאר שנה לערך. דילול פוסט-אורוגני של הקרום עשוי להסביר את ייצורם של בתוליתים מונזוגרניטיים גדולים ואת האופי הפסיבי של דינמיקת החדירה (Igneous intrusion) שלהם."^[4]

תצלום פנורמי של אזור הרי מקונייווה (Makhonjwa).

תצורת הוגנוג של חגורת ברברטון

קיימת מחלוקת באשר למקורן ולמיקומן של שכבות פלסי הארכאיות. על פי מחקר מאת לוזאדה (Louzada, 2003), "החלק העליון של תצורת הוגנוג (Hooggenoeg)^[5] מאופיין בשכבות לבה מסיביות אולטרה-מאפיות בצורת כריות (Pillow lava), מצבור טרונדהיימיטי של סלעים חודרניים, וערוגות סלעי משקע מסוג Chert. עורקי פלסי, צ'רט וסלעים אולטרה-מאפיים חודרים אל החגורה. סביבת המשקעים נחשבת לים רדוד שבו שוקעה תצורת הוגנוג בסביבה תוך משקעית (synsedimentary) מערבית, עם שברים ליסטריים."^[6]

ניתן לחלק את הסלעים הפלזיים של תצורת הוגנוג לשתי קבוצות: קבוצה חודרנית של סלעים חודרניים ורדודים, וקבוצה פורפירית (סלעי משקע עם גדלים שונים של גבישים) של סלעים מהעורקים. הלבה מהחלק העליון של היחידה הפלסית השתנו מכדי שיהיו משויכים לאחת הקבוצות הללו. הקבוצה הפולשנית קשורה לשכבת TTG של שטולצבורג (Stolzburg), טונליט – טרונדהיימיט – גרנודיוריט, סלע פלוטוני שחדר לאורך השוליים הדרומיים של חגורת ברברטון. התכה של אקלוגיט קוורץ אמפיבוליטי הוצעה כמקור למאגמות הפלסיות הגבוהות הללו העשירות ב-Al₂ (Autoinducer-2, המכיל את היסוד בורון) ו-O₃ (שלושה אטומי חמצן – אוזון). סלעים אולטרה-מאפיים של תצורת הוגנוג לא היו ככל הנראה מקור הסלעים הפלסיים. תהליכי הפחתה אולי מילאו תפקיד ביצירת הסלעים הפלסיים, אך הסביבה הטקטונית של הסלעים האולטרה-מאפיים נותרה לא ברורה. היחידות הפלסיות של תצורת הוגנוג דומות לאלו של תצורת הפנורמה^[7] של חגורת האבן הירוקה הארכאית קופין גאפ (Coppin Gap) במערב אוסטרליה (ראו קראטון ילגרן). קווי דמיון בסביבה הגאולוגית, פטרוגרפיה (ענף של פטרולוגיה) ומאפיינים גיאוכימיים (בפרט יסודות קורט) מצביעים על קשר אפשרי בין שתי התצורות ותומכים בתיאוריה שלפיה התקיימה יבשת משולבת, ואלברה (Vaalbra) לפני כ-3.45 מיליארד שנה.

אתר מורשת גאולוגית של IUGS

בגין המחקר שבוצע על "שריד ייחודי זה של קרום כדור הארץ הקדום", "חגורת ברברטון הארכאית" נכללה על ידי האיגוד הבין-לאומי למדעי הגאולוגיה (IUGS) ב-100 "אתרי מורשת גאולוגית" ברחבי העולם נכון לאוקטובר 2022. הארגון מגדיר "אתר מורשת גאולוגית של IUGS" כ"מקום מפתח עם אלמנטים גאולוגיים או תהליכים בעלי רלוונטיות מדעית בין-לאומית, המשמש כאסמכתא ו/או בעל תרומה מהותית לפיתוח מדעי הגאולוגיה דרך ההיסטוריה." המחשופים של חגורת ברברטון נרשמו בעבר ברשימת אתרי מורשת עולמית של אונסק"ו בשנת 2008 כ"הרי ברבטון מאקונג'ווה".^[8]

ראו גם

חגורת האבן הירוקה של איסואה

קישורים חיצוניים

מדיה וקבצים בנושא חגורת האבן הירוקה של ברברטון בוויקישיתוף

יוגב ישראלי, העדות העתיקה ביותר לרעידת אדמה התגלתה בדרום אפריקה, באתר ynet, 19 במרץ 2024

הערות שוליים

^ "Barberton Makhonjwa Mountains". UNESCO.
^ ¹ ² Westraat, J. D; Kisters, A. F. M.; Poujo, M.; Stevens, G. (2005). "Transcurrent shearing, granite sheeting and the incremental construction of the tabular 3.1 Ga Mpuluzi batholith, Barberton granite–greenstone terrane, South Africa". Journal of the Geological Society. 162 (2): 373–388. Bibcode:2005JGSoc.162..373W. doi:10.1144/0016-764904-026.
^ ¹ ² Norman H. Sleep; Donald R. Lowe (9 באפריל 2014). "Scientists reconstruct ancient impact that dwarfs dinosaur-extinction blast". American Geophysical Union. נבדק ב-22 באפריל 2019. {{cite web}}: (עזרה)
^ Yearron, L.M.; Clemens, J. D.; Stevens, G.; Anhaeusser, C. R. (2003). "Geochemistry and Petrogenesis of the Granitoids of the Barberton Mountain Land, South Africa" (PDF). Geophysical Research Abstracts. 5 (2639): 2639. Bibcode:2003EAEJA.....2639Y.
^ Sandsta, N.R.; Robins, B.; Furnes, H.; de Wit, M. (2011). "The origin of large varioles in flow-banded pillow lava from the Hooggenoeg Complex, Barberton Greenstone Belt, South Africa". Contributions to Mineralogy and Petrology. 162 (2): 365–377. Bibcode:2011CoMP..162..365S. doi:10.1007/s00410-010-0601-4.
^ Louzada, K. L. (2003) "The magmatic evolution of the upper ~3450 Ma Hooggenoeg Formation, Barberton greenstone belt, Kaapvaal Craton, South Africa", Utrecht University : unpublished MSc project abstr.
^ Retallack, G.J. (2018). "The oldest known paleosol profiles on Earth: 3.46 Ga Panorama Formation, Western Australia". Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 489: 230–248. Bibcode:2018PPP...489..230R. doi:10.1016/j.palaeo.2017.10.013.
^ "The First 100 IUGS Geological Heritage Sites" (PDF). IUGS International Commission on Geoheritage. IUGS. נבדק ב-10 בנובמבר 2022. {{cite web}}: (עזרה)

[1] "Barberton Makhonjwa Mountains". UNESCO.

[Westraat-2] ¹ ² Westraat, J. D; Kisters, A. F. M.; Poujo, M.; Stevens, G. (2005). "Transcurrent shearing, granite sheeting and the incremental construction of the tabular 3.1 Ga Mpuluzi batholith, Barberton granite–greenstone terrane, South Africa". Journal of the Geological Society. 162 (2): 373–388. Bibcode:2005JGSoc.162..373W. doi:10.1144/0016-764904-026.

[dwarfs-3] ¹ ² Norman H. Sleep; Donald R. Lowe (9 באפריל 2014). "Scientists reconstruct ancient impact that dwarfs dinosaur-extinction blast". American Geophysical Union. נבדק ב-22 באפריל 2019. {{cite web}}: (עזרה)

[4] Yearron, L.M.; Clemens, J. D.; Stevens, G.; Anhaeusser, C. R. (2003). "Geochemistry and Petrogenesis of the Granitoids of the Barberton Mountain Land, South Africa" (PDF). Geophysical Research Abstracts. 5 (2639): 2639. Bibcode:2003EAEJA.....2639Y.

[SandstaOthers2011a-5] Sandsta, N.R.; Robins, B.; Furnes, H.; de Wit, M. (2011). "The origin of large varioles in flow-banded pillow lava from the Hooggenoeg Complex, Barberton Greenstone Belt, South Africa". Contributions to Mineralogy and Petrology. 162 (2): 365–377. Bibcode:2011CoMP..162..365S. doi:10.1007/s00410-010-0601-4.

[6] Louzada, K. L. (2003) "The magmatic evolution of the upper ~3450 Ma Hooggenoeg Formation, Barberton greenstone belt, Kaapvaal Craton, South Africa", Utrecht University : unpublished MSc project abstr.

[7] Retallack, G.J. (2018). "The oldest known paleosol profiles on Earth: 3.46 Ga Panorama Formation, Western Australia". Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 489: 230–248. Bibcode:2018PPP...489..230R. doi:10.1016/j.palaeo.2017.10.013.

[8] "The First 100 IUGS Geological Heritage Sites" (PDF). IUGS International Commission on Geoheritage. IUGS. נבדק ב-10 בנובמבר 2022. {{cite web}}: (עזרה)

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]