Using tourmaline to track boron cycling at the Isua Belt, SW Greenland

Les conditions et la composition de la géosphère, de l'hydrosphère et de l'atmosphère de la Terre primitive étaient différentes de celles de la Terre actuelle. L'enregistrement des roches permet de contraindre ces conditions, processus et compositions, mais il faut pour cela comprendre ce que ces roches représentent et comment elles se sont formées. Il a été suggéré que les horizons riches en tourmaline dans les roches éoarchéennes d'environ 3,7 Ga de la ceinture d'Isua, dans l'ouest du Groenland, représentent un enrichissement en B dans les sédiments et l'eau de mer, ce qui est important car le B est considéré comme un élément clé de la stabilisation des molécules prébiotiques telles que le ribose et le pentose. En effet, ces roches riches en tourmaline ont été considérées comme une preuve de l'existence d'environnements enrichis en B favorisant l'émergence de la vie.L'utilisation de la tourmaline à cette fin pose plusieurs problèmes: 1. La tourmaline se forme au cours du métamorphisme et la roche hôte est passée par les filtres de la diagenèse et du métamorphisme avant d'être enregistrée, ce qui complique l'utilisation de la tourmaline comme indicateur direct de l'environnement sédimentaire de surface; 2. la tourmaline a généralement une croissance complexe qui s'étend sur toute l'histoire d'une roche; et 3. elle peut se former à partir de roches internes et externes, mais aussi à partir de roches plus profondes. Elle peut se former à partir de sources de B d'origine interne et externe, et peut ne pas représenter une redistribution de B d'origine interne.Une pétrographie détaillée a été réalisée pour déterminer la pétrogénèse de la tourmaline pour 3 occurrences dans les méta-sédiments de la ceinture d'Isua de l'Éoarchéen. Il s'agit d'une tourmalinite, de ses schistes hôtes métapélitiques et d'un schiste mafique contenant une veine de tourmaline. La veine de tourmaline s'est formée à env. 400˚C, accompagnée d'un métasomatisme de la roche hôte et de la formation de tourmaline et d'apatite loin de la veine. La datation U-Pb de l'apatite situe cet événement de métasomatisme B à 1,7 Ga. Les tourmalines disséminées dans la métapélite se sont formées à 400˚C, puis ont connu une croissance prograde jusqu'aux conditions métamorphiques maximales de 650˚C. Les textures, la zonation de la composition, l'histoire et le mode de tourmaline sont cohérents avec la formation d'un système fermé à partir de la redistribution du contenu B d'un protolithe méta-pélite typique. La tourmaline dans la tourmalinite s'est développée à une température constante de 350˚C, suivie d'une histoire métamorphique prograde de 500 à environ 600˚C. La température et la composition de la croissance initiale indiquent une formation par introduction externe de B. La composition de la tourmalinite est incompatible avec les protolithes connus riches en B et la modélisation thermodynamique montre que ses roches hôtes n'ont pas pu être le précurseur du métasomatisme B. La datation U-Pb au zircon donne un âge de protolithe de 3,7 Ga pour les méta-pélites et un âge métamorphique de 3,6 Ga pour la tourmalinite, ce qui est cohérent avec la géochronologie antérieure.La tourmaline dans la partie nord de la ceinture d'Isua a une histoire de formation complexe et s'est formée en réponse à au moins trois événements : un métasomatisme B précoce entre 3,7 et 3,6 Ga, peut-être lié au magmatisme felsique ; une croissance pendant la libération progressive de B en système fermé pendant le métamorphisme prograde autour de 3,6 Ga ; et un autre événement de métasomatisme B à 1,7 Ga. Par conséquent, les roches riches en tourmaline d'Isua ne peuvent pas être utilisées pour déduire la présence de sédiments riches en B à l'Éoarchéen ni pour recalculer les compositions de l'eau de mer à l'Archéen. Seule la tourmaline disséminée dans la métapélite s'est formée dans des conditions de métamorphisme en système fermé et a le potentiel de conserver des informations sur le B dans le protolithe

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