发现自然蚀刻裂变轨道和Alpha-Recoil跟踪潜艇眼镜:重新评价的公认的对地球和火星的生命指标

文摘

在过去的二十年里,明显“biogenic-looking”腐蚀发生在全球范围内发现了显微组织内的火山玻璃原位海洋地壳、蛇绿岩和绿岩带可追溯到~ 3.5 Ga。这些所谓的“管”和“颗粒”显微组织被广泛解释为代表善意的微生物化石痕迹;然而,可能的非生物起源这些复杂的显微组织变化还有待探索。这里,我们重新评估这些神秘的显微组织的起源从严格非生物的角度来看,使用一个案例研究从西北大西洋海底眼镜(DSDP 418)。结合岩石腐蚀和SEM观察显微组织glass-palagonite接口,构造背景的考虑,U和Th浓度测量的新鲜玄武岩玻璃通过icp,和理论模型的辐射损伤的现代分布在玄武岩玻璃造成的放射性衰变的U和Th,我们重新解释这些神秘的显微组织的最终产品优先腐蚀/解散辐射损伤(alpha-recoil追踪和裂变轨道)的玻璃被海水,可能加上etch-tunnelling压力的解决方案。地球微生物学的研究具有重要意义,天体生物学的探索火星,和理解的长期破坏的核废料玻璃。

1。介绍

理解和成功识别的例子保存地球上从极端环境微生物与天体生物学的相关探索火星,这是强调在最近的争论火星陨石ALH84001(例如,1- - - - - -6])。因此,一系列最近的研究集中在理解陆地life-harbouring极端环境/古环境的例子可能火星上的类似物,包括蒸发岩沉积(7),温泉存款(8),南极paleolake存款(9],深海热泉喷口附近地下含水层系统和深(5,10),枕头和玻璃边缘的海底玄武岩(11,12]。知识的地貌和地质背景这些环境宏观尺度的地球与火星着陆点的选择可以帮助天体生物学任务(13];然而,更必须成功的天体生物学的火星探索绝对是科学家的能力区分的残遗的生命迹象是否出现在返回岩石样本(例如,在样本获取和返回地球在未来机器人探测器或载人火星任务)。无数证据可能会需要表明,真正的生命指标存在于这样一个示例,其中,包括地球化学和稳定同位素约束(14,15),产生的生物识别矿物(16,17),检测生物分子(18),和古生物学参数识别等微观形态生物标记(3,19]。

可能在这些可能的微生物生物特征在岩石中,最具争议的是纳米-微观形态的识别生物标志物,尤其是因为通常是一个很大的主体性参与这些微小的形状和形式的决定似乎看起来像微生物仍/痕迹仅基于视觉的解释和比较已知陆地生物微观结构,而且,此外,许多这样的微/ nanofeatures也简单,容易推导出非生物的解释。事实上,是很常见的在这种规模的观察(例如,在偏光显微镜下或在高分辨率扫描电子显微镜(SEM)图像),可能会有多个解释这样的微型物理结构在岩石样本,包括生物和nonbiogenic(如矿物)的解释,和三个著名的例子包括(1)abiotically生产纳米矿物颗粒(即。方解石)在展览球形碳酸盐岩中,杆,卵圆形的形状类似细菌仍然(20.];(2)丝状和分段碳质微观结构~ 3.5 Ga顶点及西澳大利亚类似细菌和蓝藻是(21),也被重新解释为非生物成因的无定形石墨(22];碳酸盐颗粒和(3)同中心地划在火星陨石ALH84001最初解释为细菌诱导碳酸盐沉淀(3),后来被重新解释为非生物,高温、热水地沉积矿产与火山活动有关类似的碳酸盐颗粒的发现在斯匹次卑尔根,挪威(1,6]。这些三个例子清楚表明寻求生物和非生物的价值解释假定的微观形态的起源生物标记物在岩石,尤其是当发现在极端环境中地球上可能有类似的同行在火星表面的或以下。

在过去的二十年里,明显“biogenic-looking”腐蚀发生在全球范围内发现了显微组织在glass-alteration接口在海底的火山玻璃原位海洋地壳、蛇绿岩和绿岩带可追溯到~ 3.5 Ga (11,23- - - - - -29日),以及最近在陆地影响眼镜(30.]。这些微米尺寸岩石纹理,即所谓的管状结构(数据1(一),1 (c),1 (e)),细粒度的(橙玄玻璃)纹理(数据2(一个)和2 (c))(见[摘要11,26- - - - - -28,31日]),已成为“主要证据”(p。4 (26最强])或“证据”(p。157年27])bioalteration玄武岩的玻璃和被用来定义可以说是地球上最地域辽阔和长寿lithoautotrophic微生物生态系统(24,26,27,32),代表深海生物圈的重要组成部分[11,33,34目前),他们代表了最古老的unrefuted微观形态生物标志物在地质记录中(35- - - - - -38),以及一个关键的生物形态的(生痕化石)目标寻找天体生物学的寻找古代火星上的微生物(12]。然而,所有这些需要关注,质疑,科学界和测试,但是,值得注意的是,这是为这个巨大的尚未发生假定的微生物生态系统在地球上火山玻璃。

在这23年(即时期。,since the publication of Thorseth et al. [23)——玄武岩的研究首次调用微生物bioalteration玻璃发展的复杂腐蚀显微组织glass-palagonite接口),令人惊讶的是,这些研究描述假定的生物显微组织在玄武岩玻璃曾经认真考虑可能的非生物的解释这些微小的腐蚀特性。当然,在调查的起源明显的显微组织在火山岩岩石薄片,岩石学(即。,非生物-geological or petrogenetic) origin should first be considered, especially given that these putative biogenic microtextures are typically associated with subaqueously altered (i.e., partially palagonitized) regions of火成岩岩石(枕头边,玄武碎屑岩、凝灰岩玄武岩眼镜)。从历史上看,这实际上是对一些早期的研究部分palagonitized玄武岩眼镜确认存在巩膜或etch-pits新鲜玄武岩玻璃立即毗邻glass-palagonite接口(例如,39),“雾区”Morgenstein和莱利(40),(41- - - - - -44])。尽管他们的最初意义不是写给程度在文献中(以周和Fyfe高亮显示(44]),这些作者的一些建议(通过),这种微观蛀牙只是溶解过程的结果与palagonitization在水的初期阶段改变的玻璃40),如腐蚀(41]或etch-pits[的形成44),发现没有必要调用微生物活动在这些微小的腐蚀特性的形成。相反,然而,在最近时期(~ 1992 - 2014),没有这种情况几乎在所有研究评估复杂的微观起源的岩石纹理在火山玻璃glass-palagonite接口,只有一个生物一直在寻找这些微米大小(即起源。,microbe-sized) etch features, during the accumulation of at least 77 scientific papers documenting such grooved, tubular, and granular “bioalteration” microtextures in submarine glasses from geological sites spanning a large part of the globe and dating back to ~3.5 Ga [11,12,23- - - - - -28,31日- - - - - -38,45- - - - - -105年]。很神奇的面对这个艰巨的科学研究声称记录善意的微观形态生物标志物在火山眼镜worldwide-complex显微组织可能造成微生物bioalteration,生物腐蚀、生物微内径的火山玻璃(即,管状、颗粒状,唱片纹理)——目前为止,只有少数的科学研究已经提出了非生物起源如此复杂的显微组织的火山玻璃,这包括(1)线性曲线microgrooves在玻璃碎片归因于热裂纹优先腐蚀(即。,作为生物开槽的另一种解释106年]);(2)复杂的模式树突nanogrooves在海底玄武岩泡壁玻璃让人想起微生物化石痕迹,这是由于非生物,而不是流体机械过程之间的粘性指法岩浆蒸汽和囊泡周围热玻璃冷却通过玻璃化转变(107年];和(3)titanite-mineralized管状材质(类似于之前报道的微生物化石痕迹)中发现metaglassy太古代岩石归因于非生物变质过程(108年,109年]。很少有研究涉及到主题检查可能的非生物起源的微观etch-tunnels潜艇眼镜(例如,83年,93年)),但是在这两种情况下生物解释青睐。最近的一项研究[110年还指出(顺便)空“管”的发生在夏威夷glass-alteration接口眼镜,但他们没有提供任何解释。因此,对于大多数的这些假定的微生物产生了“复杂”腐蚀特性记录在玄武岩眼镜世界各地(特别是管状和颗粒状纹理),可能的非生物的解释还有待探索和这个任务尤为重要的人类即将天体生物学的探索火星。因此,在最初的建议(通过(107年,111年- - - - - -113年),“无生命”解释也在海底寻找腐蚀显微组织起源的眼镜(特别是“管”和“颗粒”显微组织),一些最近的研究已经开始效仿(例如,114年])。

寻找可能的非生物起源微观隧道在火山玻璃很逻辑,特别是因为非生物自然和实验化学腐蚀的矿物质早就知道生产拉长微观etch-tunnels展览的形态多样性形式,直接从曲线管,支管,和那些表现出螺旋- /螺旋,丝带,曲折和蠕虫形状(115年- - - - - -123年],集体有点类似的形态多样性自然形成的玄武岩中发现玻璃(即微观通道。,straight to curvilinear microscopic tubular channels exhibiting spiral/helical, vermicular (worm-like), branched, and annulated tubular textures attributed to microbial activity [11,26- - - - - -28,31日])。此外,(即形态相似。,having straight to curvilinear, spiral/helical, and branched forms), elongate microscopic etch-tunnels/tubes known as “ambient inclusion trails” are known to develop within microcrystalline silica (e.g., agates and cherts) by the migration of pyrite grains and/or organic materials through the process of abiotic, chemical etching, possibly caused by the corrosive products resulting from the diagenetic breakdown of organic matter [93年,124年]。此外,实验显微etch-tunnelling火山玻璃(和玻陨石眼镜)期间经常在实验室进行裂变径迹的研究(图约会3),抛光表面的火山玻璃样品腐蚀优先沿着伸长(通常~ 6 - 8μ米长)造成的潜在损害的玻璃的自发裂变^238年U在样品的老化(或诱发裂变^235年U) (125年- - - - - -128年]。同样,实验化学腐蚀alpha-recoil跟踪(图4)引起的放射性衰变U和Th(例如,alpha-recoil跟踪约会的研究云母(129年- - - - - -134年)代表的另一种风格的etch-tunnelling地质样品可能相关的理解自然形成的起源etch-tunnels矿物质和眼镜。此外,辐射损伤合成硼硅酸盐核废料眼镜(玄武岩的玻璃是一种理想的天然模拟:[135年,136年]),包括裂变轨道和模拟alpha-recoil破坏,也会导致优惠蚀刻玻璃在几小时内,即使在低温(20 - 100°C)和使用非常弱的蚀刻剂包括去离子水或海水(图3 (d))[137年,138年]。事实上,初步研究表明,优先腐蚀和腐蚀的随机分布的裂变轨道和alpha-recoil跟踪在海底火山眼镜,期间非生物入侵的海水palagonitization骨折一个可行的非生物地球化学过程中形成“biogenic-looking”管状和粒状等显微组织(例如,p。10在法国和Muehlenbachs [107年][111年- - - - - -113年,139年])。

因此,在目前的研究中,我们评估复杂的微观改变纹理的起源通常观察到在全球海底玄武岩的眼镜(即glass-palagonite接口。、管状和颗粒状纹理:数字1和2),从严格的非生物的角度来看。特别是,我们考虑的可能影响辐射损伤的积累,随机分布的形式自发裂变轨道和alpha-recoil跟踪造成的放射性衰变的U和Th-on自然非生物腐蚀的过程(即。、低温蚀变)和解散(即。etch-tunnelling)玄武岩玻璃被海水。本研究的理由来自于著名的自发裂变轨道和alpha-recoil跟踪在硅酸盐眼镜优先被腐蚀的区域的玻璃(137年,138年,140年- - - - - -145年),通常导致微观etch-pits(例如,数据3 (b),3 (d),3 (e))。加上洋中脊玄武岩的观测眼镜全世界已知含有微量的U和Th (146年裂变径迹方法)和经常约会(125年,127年,147年],这提供了直接证据,辐射损伤可能会发挥非常重要的作用在自然被海水腐蚀和解散玄武岩玻璃(即。,而不是微生物活动)。此外,自然蚀刻裂变轨道(即。,fission track etch-tunnels formed during low temperature aqueous weathering or fluid alteration) have also been documented previously in a variety of minerals including the outer surfaces of sphene grains (Figure3 (c))[148年独居石内),以及骨折(图3 (c))[149年磷灰石颗粒(内),也150年]。

许多先前的研究海底火山眼镜称,“管”和“颗粒”腐蚀显微组织仅仅是“太复杂,太让人想起生物过程由一个非生物过程可以解释的“(59),“无生命”palagonitization产生只有很简单的(即。,straight and sharp) glass-palagonite interfaces without such tubular or granular textures (e.g., Section  4.1 in Furnes et al. [59];图1在Staudigel et al。75年];图13 (a)在家具等。11];图1在家具等。26];图2在迈克劳林et al。31日];图1在Staudigel et al。27]),(除了微生物腐蚀)替代非生物过程尚未提出解释这样的全球分布的复杂显微组织中发现全球火山眼镜(25]。在目前的研究中,我们明确展示这三个点的挑战,如此复杂的腐蚀显微组织在海底火山眼镜glass-palagonite接口(例如,见图1和2)可以形成的直接后果优惠解散(etch-tunnelling)和腐蚀的随机分布的自发裂变轨道和alpha-recoil跟踪(即。辐射损伤),海水,因此玻璃不一定微生物等生物过程无聊的结果。因此,在这项研究中我们问题被广泛接受的“生物腐蚀”模式发展的复杂的变更在海底火山玻璃显微组织,因此,biogenicity这样的“管”和“颗粒”腐蚀显微组织中发现玄武岩全球眼镜。

为了实现这些目标,我们专注这个多学科岩相(rock-textural)和理论建模研究部分palagonitized, 120.6 Ma玄武岩玻璃“枕头保证金”从岩心样品的深海钻探计划(DSDP) 418孔,在西南北大西洋海洋(图5)——钻孔,在几个以前的研究取得了许多这样的玄武岩玻璃样品表现出典型的“管”和“颗粒”的显微组织由微生物活动(例如,数据1(一),1 (c),2(一个),5 (b))[11,26- - - - - -28,31日,33,59,61年,93年,94年,One hundred.]。我们的研究结合了岩相观察,高分辨率扫描电镜成像,考虑地质背景,测定微量元素浓度(U和Th)新鲜玄武岩玻璃通过电感耦合等离子体质谱法(icp)和理论建模造成的辐射损伤在玄武岩玻璃U和Th(即放射性衰变。自发裂变轨道的分布和alpha-recoil跟踪玻璃)。最后,我们讨论了影响这个新的非生物“U-Th-Pb放射”范式玄武岩玻璃腐蚀和溶解的理解地球上微生物生态学和微生物化石痕迹鉴定(特别是火山基底岩石内原位2层海洋地壳,蛇绿岩,太古代绿岩带,或影响眼镜),以及至关重要的影响,这对未来的新范式天体生物学的探索地球上,重要的是,似乎是占主导地位的表面(地质)玄武岩广泛发生的151年- - - - - -155年),橙玄玻璃(151年,152年,156年),火山/玄武岩风化玻璃(151年,153年,157年),对过去的行动和证据的液态水154年,155年,158年,159年),因此可能含有火山或眼镜轴承类似的影响microgrooves,细粒度的橙玄玻璃材质,或管状etch-tunnels。

玄武岩的自然分解和腐蚀玻璃也长期被认为代表一个重要自然模拟过程与理解相关高水平的长期破坏核废料眼镜存储在地质存储库(135年,136年]。因此,我们还强调,我们发现/识别自然蚀刻裂变轨道和alpha-recoil追踪418年120.6年前的海底玄武岩玻璃DSDP队形增量入侵的海水通过辐射受损的网站也对预测具有深远影响的长期行为硼硅酸盐核废料眼镜存储在深地质含水层(即。存储库),提供一个理想的“自然实验室”等进行长期研究。

2。地质背景

2.1。样品位置和以前的工作在dsdp - 418 a玄武岩眼镜

这个案例研究在复杂的显微组织的起源在海底火山眼镜glass-palagonite接口,部分palagonitized玄武岩玻璃枕头边缘样品展示的证据“管”和“颗粒”的显微组织(cf。11,25- - - - - -28,31日,33)选择从岩石从DSDP 418洞中恢复过来。下的钻孔位于5511米的水在北大西洋西部(图5;纬度:25°02.10′N;经度:68°03.44 W′)和钻孔的深度868米海底以下(160年]。在这个网站,324米厚1海洋地壳层的沉积物,下面发生120.6 Ma(年龄限制,见图5 (c)和5 (d)和部分2.2),2层地下室火山(160年),被认为代表典型的喷发海洋地壳,组成一个接一个的玄武岩枕状熔岩和大规模流动,小层的角砾岩和沉积物,以及横切镁铁质堤坝继承(图中降低5 (b))[161年]。玄武岩玻璃枕头保证金本研究样本来自核心样本dsdp - 418 - 68 - 3 (40-43),dsdp - 418 - 72 - 4 (13 - 15),dsdp - 418 - 75 - 3 (120 - 123)来自深处的732、760和785米海底以下,分别(图5 (b))。(即详细的地球化学分析。,determination of major element oxide compositions) of pillow rim basaltic glasses throughout much of the entire sequence of lava flows at DSDP 418A—along with a comprehensive evaluation of the observed down-hole variations in volcanic chemical stratigraphy and delineation of volcanic eruptive units for these ancient midocean ridge pillow basalts, flows, and breccias—was carried out previously [161年,162年]。根据井下深度和相对位置在DSDP volcanostratigraphic序列(图4185 (b)),所有三个玄武岩玻璃枕头边缘样品在目前研究发生在化学(即。、玻璃)“J”型162年岩性单元的“13”的火山喷发单位“Vb”[161年]。“J”型玄武岩眼镜的特点是平均玻璃组成wt。% SiO₂,wt。%艾尔₂O₃,wt。% FeO说(T),wt。%分别,wt。%曹,wt。% Na₂啊,wt。% K₂啊,wt。% TiO₂,wt。% P₂O₅(、错误的标准偏差(162年])。本研究特别感兴趣的(旨在理解自发产生的可能作用辐射损伤的发展复杂的腐蚀显微组织在海底玄武岩玻璃),裂变径迹的玄武岩眼镜DSDP 418年一个实际上是在早期进行(125年]。在这个研究中,人们发现自发裂变轨道(显示实验化学腐蚀)足够丰富的418年DSDP玄武岩玻璃成功进行裂变径迹的约会,这(连同眼镜从附近的洞417 a和D)产生热修正,结合裂变径迹年龄的马(125年]。此外,U浓度在玄武岩玻璃样品dsdp - 418 a - 30 - 2 (71 - 72)和dsdp - 418 - 45 - 2 (34-37)(层段在火山连续高于岩石从这项研究中)被确定是十亿分之21.4和18.4,分别为(125年]。早期裂变径迹约会的成功研究,加上测量跟踪U在玄武岩眼镜DSDP孔418,为本研究提供重要的理论基础对辐射损伤的腐蚀418 DSDP玄武岩,这是因为我们已经证明了这种辐射损伤(U)实际上,暗示裂变轨道也许确实发挥重要作用在控制腐蚀的微观模式优先溶解,海水palagonitization玄武岩的玻璃。

本研究于418年腐蚀DSDP玄武岩眼镜也赞美伴侣此前的一项研究表明107年的分支,纳米凹槽在玄武岩泡壁玻璃样品dsdp - 418 - 75 - 3 (120 - 123)我们相信代表另一个各种各样的“非生物”microtextural特性在玄武岩玻璃可能误判为微生物腐蚀特性(见部分6.5)。

一些先前的研究在玄武岩玻璃枕头保证金418样本DSDP记录普遍的证据颗粒和/或管状蚀变在glass-palagonite界面显微组织的整个遇到一连串的火山基底岩石钻孔(图5 (b)),普遍认为这些管状和颗粒状显微组织起源的微生物活动/生物腐蚀(数据1(一),1 (c),2(一个),5 (b))[11,26- - - - - -28,31日,33,59,61年,93年,94年,One hundred.]。这种假定的管状和颗粒状的井下深处bioalteration显微组织一直在记录这些先前的研究显示在图5 (b)(红色的),以及玄武岩玻璃枕头利润率取样的位置在这个研究(黑色)我们文档相同的但很明显的发生非生物管状和颗粒显微组织优先腐蚀引起的随机分布的裂变轨道和alpha-recoil跟踪在玄武岩玻璃。

2.2。限制dsdp - 418岁的枕状熔岩和M0磁异常

为了进行准确的理论模型(下面部分5)的随机分布的累积辐射损伤(即。,fission track and alpha-recoil track areal densities) in DSDP 418A basaltic glass in this study, it is imperative to know the exact age ((即)淬火玄武岩的眼镜。在418 DSDP枕头喷发)。因为每个枕头边缘的材料数量我们有样品在这项研究中是非常小的,也没有合适的U-bearing矿物质存在在这些眼镜(如锆石或斜锆石),我们无法进行精确和准确U-Pb同位素测定的岩石样本(例如,通过同位素稀释热电离质谱或激光Ablation-Inductively耦合等离子体质谱法)。然而,有几个以前的研究,提供了许多不同的年龄估计的时间形成第二层地下室火山在418年DSDP a-employing各种学技术包括裂变径迹,⁴⁰基于“增大化现实”技术,³⁹Ar和Rb / Sr同位素年龄测定,microfaunal生物地层学,和全球相关线性磁异常的海洋地壳(及其相关的同位素年龄的)——从我们可以比较可靠的这些限制的时机淬火DSDP 418玄武岩玻璃样品。

直接约会枕头rim玄武岩眼镜从418年DSDP实际上是在之前进行的一项研究Storzer和Selo125年)利用裂变径迹方法,产生一个相对precise-albeit热修正,平均年龄马决定结合玄武岩玻璃样品来自附近的DSDP孔417,417 d和418(图5 (d))。因此,这一裂变径迹年龄是解释的研究作为一个合理的时间估计枕头喷发,形成玻璃淬火和M0线性磁异常(这些钻孔:数据分割的5(一个)和5 (d)),所有这些形成在古代Mid-Cretaceous (ca)海底蔓延在早期海洋开放大西洋中部(图5 (c))。据推测,整个418年DSDP孔垂直的枕头喷发记录序列(40喷发单位(161年)代表一个相对的熔岩连续侵位在相对较短的(<地质时间间隔(即100000年)。相比之下,让当地著名的裂变径迹年龄报告样本Storzer和Selo125年)和引用)。因此,在票面价值的裂变径迹年龄马Storzer和Selo报道125年]可以有效地用于估计的年龄和玻璃淬火的枕状熔岩喷发从DSDP洞418采样。同位素年龄测定的另一项研究关注DSDP火山基底岩石(418163年),采用Rb-Sr同位素约会的次要的蒙脱石,产生类似但不精确Rb-Sr等时线年龄Ma-adding支持Storzer的裂变径迹年龄和Selo125年]。然而,额外的第二方沸石,同位素年龄测定绿鳞石,蒙脱石显示更大的总体Rb-Sr浓缩问题源自火山基底岩石附近的DSDP孔417(位于同一M0线性磁异常:人物5 (d))产生一个更well-constrained Rb-Sr等时线年龄马(163年]同样添加进一步支持这个想法,火山地下室DSDP洞418岁约为108 Ma。虽然这些蒙脱石Rb-Sr构成的“二级”矿物质来自广泛的地下室火成岩岩石蚀变,他们被认为是在研究[163年)形成或多或少同时与火山基底(考虑到不同年龄决定~ 108 Ma)之间的协议。因此,根据这一解释,这三个玄武岩玻璃枕头边缘样本调查研究从这个钻孔(dsdp - 418 - 68 - 3 (40-43),dsdp - 418 - 72 - 4 (13 - 15),dsdp - 418 - 75 - 3 (120 - 123))似乎已经侵位硕士(即。,in agreement with the fission track age of马,在原来的解释使用的绝对年龄之前的初步工作这些眼镜111年,112年])——事实上418年前geomicrobiological DSDP的研究大部分玄武岩眼镜也认为这些眼镜的年龄约为110毫安(11,26- - - - - -28,31日,33,59,94年,One hundred.]。不过,鉴于一些枕头出现新鲜的玄武岩玻璃边缘样品(例如,部分palagonitized样本在目前的研究中,比如在数据6 (b)和6 (d)一些次要的蒙脱石的生成),时间在418年火山基底岩石DSDP不一定被枕头爆发后不久,所以,详细的Rb-Sr年龄马只能被认为代表一个时代的“最小估计”枕头喷发(例如,可能是数百万甚至上千万年太年轻)。进一步的证据来支持这种类型的场景中来自观察晚期“离轴”的第二代绿鳞石形成与更新/海洋地壳持续碱固定在本地记录(164年]。同样值得注意的是,由于大量裂变径迹衰落问题变量,初始(个人)裂变径迹年龄报告各种样品的玄武岩Storzer和Selo[玻璃的研究125年]范围广泛46至76 Ma-collectively要求派生的一系列显著的“年龄修正”,根据深度不同的系统,这可能会影响最终的准确性“热修正”的裂变径迹年龄马因为固有的额外的假设推导这些年龄修正。因此,被广泛接受的马~ 108岁(或ca。110 Ma)形成火山地下室DSDP的时机(例如,[41811,26- - - - - -28,31日,33,59,94年,One hundred.,111年,112年,125年,163年])不一定是基于这些原始的准确年龄限制和这个想法而如果我们考虑另一个⁴⁰基于“增大化现实”技术,³⁹氩同位素年龄测定研究进行钻玄武岩从DSDP洞417 d和418165年从上覆层1),额外的生物地层的控制沉积物(166年),最重要的是,在海洋地壳形成的区域构造背景(和相关的线性磁异常)北大西洋西部地区,在全球的背景下的海底模型传播在中生代167年]。

首先,DSDP的另一个同位素年龄测定研究418 (417 d)玄武岩进行了早期(165年),雇佣了一个⁴⁰基于“增大化现实”技术,³⁹约会的基于“增大化现实”技术的逐步脱气方法进行七整个岩石样本的水晶石头(玄武岩)从这些钻孔中恢复过来。然而,有用的年龄信息仅仅是获得这些样本之一(417 d-22-3 - (134 - 139)因此)——斜长石phyric玄武岩和年龄限制的时机枕状熔岩喷发418 DSDP只能由假设2层玄武岩的侵位时间这两个附近(8公里以内的)钻孔是相同的都是一个合理的假设,因为钻站点位于同一区域线性磁异常“M0”(图5 (d))。逐步⁴⁰基于“增大化现实”技术,³⁹Ar约会DSDP的玄武岩样品孔417 d产生了一个相对复杂的谱明显的年龄范围从98.6到185.3 Ma,虽然五个分数被发现情节沿着马~ 120参考等时线(165年),可能表明岩石的年龄(和M0异常)大约1200万年以上是由上述的裂变径迹约会研究[125年玄武岩的眼镜从DSDP洞417 a, 417 d和418 a。

额外支持稍微年长的枕头玄武岩的喷发DSDP 418岁来自古生物学(生物地层的)参数来源于观察324米内的钙质nanofossils呈现一系列图层1远洋沉积物上覆包含这些枕状熔岩火山的地下室。Gartner (166年]记录独特nanofossil物种的存在(石星石floralis)沉积物,一小段距离高于火山基底/沉积物接触DSDP 418 a, 418 b、417 d,已知最早出现在阿普第阶次,中间上阿普第阶是很常见的。因此,基于这些生物地层的约束,火山地下室分割的这些钻孔的年龄估计没有比马~ 112(也就是年轻。,至少对阿普第阶后期(大166年])持平,相比之下略年轻的裂变径迹年龄马由Storzer和Selo125年]。此外,另一个重要的发生nanofossil基准面(Corrolithion雪)更低的沉积序列分割的两个这三个钻孔(417 d和418)是最早解释为表明沉积火山地下室开始于较低的阿普第阶次以上(即。马,接近~ 125;图1和图2在Gartner (166年])。

可能最好的方法估计的枕状熔岩喷发DSDP的年龄418,现在目前可用的(直到精密,准确U-Pb同位素年龄可用这些岩石)是考虑更广泛的规模内的地质背景下的熔岩地区年龄模式发展的海洋地壳(和相关的线性磁异常)北部的大西洋。全球相关地磁等时线(线性磁异常的海洋地壳与海底扩张和地球磁场的逆转历史经常显示双“录音机”对称中心轴的扩张脊在海洋盆地168年,169年];图5 (c)),再加上板块构造理论,已成为一个非常有用的工具决定的时代形成的巨大区域的海洋地壳和岩石圈170年),事实上海洋地壳和岩石圈的一般年龄模式目前在世界上所有的海洋已经相当完善的(167年]。这里重要的是这场DSDP的主要原因之一,417年和418年钻洞(图5 (d))相交海洋地壳位于白垩纪中期精确线性磁异常/也就是说大约等时线“M0”——一个纬度的大约25°N [171年,172年]。因此,在钻井之前进行的DVGlomar挑战者,早期探测地球物理调查工作是由usn林奇,以提供必要的科学手段钻探目标(171年]。从这个侦察工作,一个小的地质和地球物理地图制作,突出局部磁异常和断裂/故障区域,它位于DSDP 417 a, 417 d, 418 a和418 b钻站点精确线性磁异常M0-with DSDP坐落在418年轻(东部)异常(图的边缘5 (d))。因此,418年爆发DSDP年龄相关的枕头的枕状熔岩和淬火rim玄武岩眼镜在这项研究中伴随着年龄的海洋地壳形成与发展的最后阶段M0磁异常。

线性磁异常记录在相关的海洋地壳M0时已经被全球海洋中相关部分的几个主要构造板块和下几种不同的海洋(167年,173年],特别是包括北美、欧亚大陆和非洲板块在北大西洋(注意:在磁性地层学,“时间”是地质时间很短的间隔,通常< 100万年时间,经常与一个特定的时间段之间的极性反转地球磁场(174年])。的基础上,这些全球M0异常的相关性167年,173年),这些海洋地壳或岩石圈的窄腰带目前认为白垩纪中期形成的时期正是120.4 Ma(也就是说大约167年)——尽管一些作者指出稍微年长的、更为持久的时间间隔的121.00 - -120.60 Ma M0时间(175年]。在1970年代、80年代和90年代,随着越来越多的地质年代学和地球物理数据变得可用,随着全球海底不断蔓延成为更精致的模型,年龄估计的时间间隔期间全球相关M0连续模型之间的磁异常改变逐步成立马从109.01到108.19 (LH75),从118.7到118.0 Ma (KG85),从124.88到124.32 Ma (GTS89),从120.10到119.15 Ma (GRAD93),从120.98到120.38 Ma (GRAD94),从121.00到120.60 Ma (CENT94)(看到这些数据的摘要Channell et al。176年])。121.00 - -120.60 Ma间隔(即。,from the base to the top of the M0 anomaly) proposed by Channell et al. [176年](基于全球海洋异常块模型的相关性和磁性地层学)仍然是目前被认为代表一个健壮的年龄估计全世界M0线性磁异常的生成(175年),同时与马120.4岁的穆勒提出的et al。167年)(图5 (c)岁)的这一全球磁异常。因此,在目前研究DSDP 418玄武岩眼镜,我们也考虑这个时间间隔提出的121.00 - -120.60 Ma Channell et al。176年)来表示当前最佳估计的形成时代M0磁异常在西北大西洋。因此,因为DSDP洞418直接钻到“顶级”(或边缘)磁异常M0(图5 (d)),418年形成火山地下室DSDP的时机一致准确的解释一个120.60 Ma的时代。因此,我们考虑的枕状熔岩喷发DSDP的时机是418 120.60 Ma-which因此伴随着时间的玻璃淬火和玄武岩的时代玻璃“枕头保证金”样本在这个研究(即dsdp - 418 - 68 - 3 (40-43),dsdp - 418 - 72 - 4 (13 - 15),dsdp - 418 - 75 - 3 (120 - 123))。

在这里,重要的是要注意,M0时间和相关的海底传播线性磁异常是很至关重要的理解地球进化和板块构造理论的许多方面,特别是关于大西洋的起源和开放。在北大西洋,M0线性磁异常形成一个突出特征的海洋的部分北美(数字5(一个)和5 (c)(167年,177年])和非洲(图5 (c))板块和大洋中脊(图显示了明显的对称性5 (c)(167年];也参见图1鸟等。175年])和北大西洋(即西南部。,在那里DSDP Hole 418A is situated) it forms a well-defined linear magnetic anomaly that is traceable for a few thousand kilometers (Figures5(一个)和5 (c)(167年,177年])。在地磁和构造历史的海洋盆地(特别是北大西洋),线性磁异常M0相当重要,因为它标志着白垩纪磁静默期的毕业典礼(CMQP) [178年,179年)——地球历史上相对较长的时间间隔时间M0和C34之间(~ 120 - 84 Ma)在此期间没有发生磁反转(因此没有线性磁异常出现在海洋crust-this CMQP标记在图5(一个))——也被称为“白垩纪正常Superchron”(180年]。此外,M0异常也伴随着一个重要的时间间隔(时间)在南大西洋的地质历史,因为它对应于初始海洋开放和海底扩张的时间~ 120 Ma,发生从南美非洲的裂谷作用后在冈瓦纳古陆解体,因此M0磁异常现在边缘部分的大西洋边缘两大洲(181年]。此外,在全球范围内相关的基础M0磁异常,目前估计为121.00 Ma (175年),也是一个重要地层时间标记,它是解释为一致精确白垩纪早期的Barremian-Aptian边界(176年]。

3所示。岩石和SEM研究解散/蚀变玄武岩玻璃的显微组织

研究和描述变更显微组织保存在玄武岩玻璃枕头边缘样品在这项研究中,我们准备好的抛光岩石薄片和研究它们(部分3.1- - - - - -3.3使用两个透射光显微镜(数据)6- - - - - -10;也参见图1 (b),1 (d),1 (f))和SEM分析(数据8- - - - - -10;也参见图2 (b),2 (d),4(c) -对,7 (c))。SEM研究(包括背散射电子成像(BSE)和二次电子成像),第一次涂上抛光部分~ 40的铱使用Xenosput XE200使用JEOL 6301 f,然后分析了场发射扫描电子显微镜配备一个页面表IMIX模型x射线分析系统仪器用于获得能量色散x射线能谱(EDS)光谱如图8 (j)。我们还进行了高分辨率扫描电镜研究(二次电子成像)腐蚀表面显微组织暴露在新鲜骨折的玄武岩玻璃芯片样品,我们prepared-which解释后(在部分3.4)。

在抛光岩石薄片中,所有三个玻璃枕头边缘样品非常相似的外观和构成一个原始的火成岩组合~ 70% sideromelane(淡棕色玄武岩玻璃),斑晶模态矿物学~斜长石和25% ~ 5%的斜辉石(图6)类似的其他先前的枕头玄武岩的岩石描述岩性单元13 (161年]。斜长石晶体通常自形的(尽管罕见的骨骼水晶也存在,“Sk”数据6(一)和6 (b)),显示多数综合的钠长石孪生(一些谷物显示弱振荡分区,如图“OZ”6(一)),表现出一种双峰分布,晶体大小、形状和数量。这种双峰分布是由几大(0.5 ~ 1毫米)次等轴/粗短斜长石晶体(即。,本文试图)分散在一个更大的人口的小和延长斜长石木板条(~ 10 - 100μ由一个几百米宽μ米长),因此定义一个整体斑状结构(数据6(一)和6 (b))。斜辉石晶体等分,从半形的自形的形式,从100年<大小不同μm ~ 1毫米(图6 (d)),通常观察到部分生长过度/信封之前形成的斜长石颗粒(即。与斜长石,形成“聚晶”:“漠视”数据6(一)和6 (c);如前所述,花等。161年)),这是真正的大等分斜长石晶体(图6(一))和较小的斜长石木板条(图6 (c)),从而定义一种protoophitic岩石纹理。在大多数情况下,所有的斜长石和斜辉石晶体是新鲜的和一成不变的枕状熔岩;然而,玄武岩玻璃不定地改变两个橙棕色玄玻(“P”的人物6 (d)和7)和白色(K-Al-Si)丰富的析晶区(“D”的人物7(一),7 (b),8(一个)- - - - - -8 (f))。

最引人注目的岩相特征表现出由这些玻璃枕头边缘样品明显不规则palagonitization(腐蚀/蚀变玄武岩玻璃)骨折(例如,数据1 (b),6 (d),7(一),9(米)- - - - - -9 (o),10(a))。因此,玄武岩玻璃在这些样本范围从新鲜的本地玻璃(例如,“成品”的数字6- - - - - -10)高度改变区骨折(例如,“P”数据6- - - - - -10)和至少两个不同的集压裂和变更/使不透明的影响这些眼镜:(1)早期压裂(贴上“f₁“在数据7- - - - - -9)与早期和持续的palagonitization和(2)后期压裂(贴上“f₂“在数据7和8)与白色(K-Al-Si)丰富的析晶区(数字7(一),7 (b),8)。Palagonitization指的形成二级橙棕色玄玻骨折在低温水变更/腐蚀,水化,解散玄武岩玻璃渗透海水(图7;在部分看到进一步的解释3.2和3.3也看到评论橙玄玻璃/ palagonitization Crovisier et al。136年]和Stroncik Schmincke [182年]),白色的形成(K-Al-Si)丰富的析晶区下面解释的部分3.1。水期间的发展这样的黄褐色的橙玄玻璃蚀变玄武岩的玻璃是一种常见的特性在潜艇(44)和地面(如冰岛(136年,183年和夏威夷110年])玄武岩眼镜,典型的矿物和化学特性数据橙玄玻璃形成的风化玄武岩/改变玻璃可以找到其他地方(44,110年,136年,182年,183年]。

3.1。白色(K-Al-Si)丰富的析晶区

白脱玻区域(“D”的人物7(一),7 (b),8)通常lip-shaped(即。,pinch and swell shaped and symmetrical about a central fracture/axis: Figures8(一个)- - - - - -8 (c))或发生~ 50μ米厚的钢圈/晕周围的斜长石本文(“H”数据8 (d)- - - - - -8 (g)),范围100 ~μ米厚度膨胀(例如,图8 (c)),相对急剧曲线接触玄武岩玻璃(即。、光滑和夏普glass-devitrification接口:图8 (c)),主要由微晶组成钾长石(即。,都是K-, Al-, and especially Si-rich based on EDS analysis (by SEM): see Figure8 (j))(±石英、方石英?)类似的作文其他一些例子脱玻火山玻璃(p。418年在中科院和赖特(184年]、[185年])。

在本地,这些白色(K-Al-Si)丰富脱玻区表现出弱纤维内部的显微组织,与透射光显微镜(图可见8 (b)(即),定义一个整体axiolitic结构。,with fibers growing outward from the observed linear fractures along the central axis of the pinch and swell structures)—similar in nature to the axiolitic devitrification textures commonly observed in rhyolitic glasses [185年]。同样,白析晶区形成光环围绕斜长石本文也表现出纤维内部的显微组织,但在这种情况下,纤维似乎辐射在本文试图保持垂直的斜长石(数据联系8 (d)和8 (e))。高分辨率扫描电镜成像的白脱玻区没有透露任何这方面的证据纤维/ axiolitic微观结构,而是显示了更多的斑驳甚至变形材料(数据8 (h)和8(我));然而,这是符合axiolitic结构的定义由a Allaby和m . Allaby185年等),即axiolitic纤维通常仅通过偏光显微镜可见。

白色(K-Al-Si)丰富的析晶区这里描述的大小相似,形状、地质背景、和化学成分,浅色的K-rich区先前研究DSDP玄武岩眼镜(418186年),在那里,他们还发现发生在玄武玻璃沿着一些周围骨折和钢圈斜长石本文试图解读为差的水晶,次要的钾长石。

虽然glass-devitrification接口是在大多数情况下很犀利,曲线(例如,看到“D”和“成品”之间的界限图8 (c)),特写SEM成像揭示了存在一个小的“颗粒变形”腐蚀特性(定义为1 ~ 0.5μ米颗粒),向外扩展(通常小于10μ米)到新鲜玄武岩玻璃(“gt”图8(我)),我们先前解释的初期腐蚀形成alpha-recoil跟踪在使不透明的玻璃。这个解释是基于相似度的大小和形式的这些腐蚀显微组织等其他“颗粒状纹理”从glass-palagonite界面描述被认为是优先腐蚀形成的众多随机分布alpha-recoil追踪(见图10和部分3.3。2)。然而,因为这些白析晶区是假定的形成发生了相对在这些岩石的变更历史早期(< ~ 100万年后枕头eruption-possibly在葬礼上覆下火山pile-see下面),只有一个小数量的alpha-recoil追踪期间可能出现只有小调devitrification-resulting /稀疏颗粒腐蚀显微组织的发展glass-devitrification界面(图8(我))。

除了可能的最终产品的固态玄武岩玻璃转变成差(即晶体材料。期间,二次钾长石±石英、方石英?)使不透明(185年),这些白色的形成axiolitic脱玻区(和相关的f₂骨折)和418年DSDP晕玄武岩玻璃可能是触发成岩/ low-grade-metamorphic响应(参看p。418年中科院和赖特(184年])深埋葬(408 - 461)这些眼镜下面覆盖的火山堆(图5 (b)),在扩张脊的历史。高温使不透明的潜艇眼镜(即。,penecontemporaneous with eruption and quenching) commonly results in the formation of varioles (also known as “variolites” [184年]或“球粒”——眼镜有长英质的成分(187年,188年]),这通常是由微小的辐射的斜辉石和斜长石晶体(±石英、方石英)(184年,187年,188年),但这可以排除在目前的情况下,因为骨折在这些白析晶区(即发生。f。”₂“在数据7和8)明显缩短(“t”数据7(一)和8(一个))对一组earlier-formed的骨折(“f₁“在数据7(一)和8(一个))“低温”橙玄玻璃已经形成(例如,“知识产权”的数字7(一),8(一个),8 (g)),此外,这些白脱玻区域的事实发生在骨折表明他们必须形成玻璃冷却后不久低于玻璃化转变温度(即。~ 600 - 700°C (189年)允许压裂发生在第一个地方。此外,这些白色的构成(K-Al-Si)丰富的析晶区与差的水晶钾长石(图是一致的8 (j)),而不是斜长石或斜辉石,他们并不会形成大量的合并球状体(辐射纤维)是典型的高温使不透明材质(如数字F14, F15, F23,并在船上F31科学方187年])。然而,出现的一些小球颗确实存在本地的玄武岩玻璃枕头边缘样本研究(例如,“var。“在图9(米)),虽然他们也会发生一些斜长石本文有光晕,他们是截然不同的白色(K-Al-Si)丰富的析晶区,它们是深棕色的颜色(即。,像非常深棕色玄武岩玻璃:图9(米))和初级(高温)解释为火成岩淬火特点类似性质的深色球颗被Fisk和迈克劳林(103年]。白色的起源的另一个可能的解释(K-Al-Si)丰富的析晶区(图8)418年DSDP的眼镜(即。,aside from diagenetic/low-grade metamorphic response to deep burial—alluded to above) is that they are more externally linked to an episode of late alkalic hydrothermal alteration (i.e., metasomatism) affecting these pillow basalts, given that late-stage (i.e., renewed or continued) “off-axis” alkali fixation is known to occur in the alteration history of the oceanic crust [164年)和钾长石可以产品玻璃的热液蚀变火山岩(190年]。

3.2。分段压裂的发展,白析晶区,Palagonitization

不同代之间的结构关系观察骨折(f₁和f₂)、白(K-Al-Si)丰富的发展脱玻区域,并逐步/增量入侵的黄褐色的橙玄玻璃蚀变区在这些火山眼镜(例如,数据有点复杂7(一),7 (b),8(一个),8 (d),8 (g),8 (h))。最初(不久的某个时候枕头玄武岩的喷发和淬火玻璃),这些玻璃枕头边缘进行了f₁压裂其次是渗透的海水和初期palagonitization沿着这些骨折,导致薄(通常10 - 50μ米厚),直最初的palagonitic层(“知识产权”的数字7(一),8(一个),8 (g),9(我),9 (n),9 (o))平行(和发生)f₁骨折。一些晚些时候“f₁“骨折可能在最初的发展阶段形成的火山堆(埋藏早期)和被认为已经形成了一系列的个人离散弧形骨折(即。,而不是发生在平行集)代表增量“开裂”阶段(例如,看到的玻璃来在图8 (g))。最初形成的黄褐色palagonitic沿着f层₁骨折(“知识产权”的人物7(一),8(一个),8 (g),9(我),9 (n),9 (o))解释发生在第一次几千年的玻璃变更(palagonitization)渗透海水,在辐射损伤的玻璃非常最小,因此glass-palagonite界面两侧的f₁骨折仍相当犀利,平行于f₁fractures-essentially相当于直,fracture-parallel,橙玄玻璃改变纹理中观察到年轻冰岛玄武岩眼镜(参见图1 Crovisier et al。136年),也在一些海底玄武岩的眼镜(即。,so-called “abiotic” palagonite alteration described in Section  4.1 of Furnes et al. [59图1),在Staudigel et al。75年图13),(a)在家具等。11图1),在家具等。26图2),在迈克劳林et al。31日图1),在Staudigel et al。27])。仍然可以看到这些残遗“锋利的联系人”(“知识产权”的数字7(一),8(一个),8 (g),9(我),9 (n),9 (o)),即使他们现在已经长满了后续/持续palagonitization阶段(“P”数据7(一),8(一个),8 (g),9(我),9 (n),9 (o))下面讨论(在部分3.3)。这样的缓慢进步glass-palagonite接口(即。,on the order of microns over timescales of thousands or millions of years) is a well-known aspect of the palagonitization process [136年),可能是部分原因在于改变层的保护作用[136年,191年),甚至还促使一些考虑使用玄玻皮厚度作为考古约会工具对某些玄武岩玻璃/黑曜石文物[40]。

后续的发展这些狭窄的初期(即。、初始f) palagonitic层₁骨折在玄武岩玻璃(“知识产权”的数字7(一),8(一个),8 (g),9(我),9 (n),9 (o)压裂(f),第二阶段₂)这些眼镜发生在白(K-Al-Si)丰富脱玻区域开发(数据7(一),7 (b)和8)和上面高亮显示(在部分3.1)这可能发生在响应下深埋的枕状熔岩覆盖熔岩大约450(也许他们最初的50到10万年后爆发,在古代“轴向火山山脊”的建立(可能是~ 600米高(192年])的地板上白垩纪早期中大西洋海脊谷中值)。他们相交earlier-formed (f₁)骨折(橙玄玻璃源于),这些阶段(f₂)骨折对他们观察到终止(“t”数据7(一)和8(一个))因此来显示他们的“年轻”相对年龄与晚期(f是一致的₂)“开裂”(和相关的使不透明)干预玄武岩玻璃之间发生的既存的f₁骨折(即。,during deep burial).

持续palagonitization玄武岩玻璃渗透海水(例如,仍然扎根在f₁骨折),那么似乎已经持续很久之后形成的白色(K-Al-Si)丰富的析晶区和相关f₂骨折,黄褐色的进步橙玄玻璃(“P”图7(一))部分包膜/杂草丛生的既存白色(K-Al-Si)丰富脱玻区(椭圆形贴上“e”图7(一))。不同于early-formed,狭窄(< 50岁μ米)层初期橙玄玻璃(“知识产权”的数字7(一),8(一个),8 (g),9(我),9 (n),9 (o)),这似乎表现出残遗与既存的玻璃,“锋利的联系人”的下一阶段继续(持续)palagonitization玄武岩玻璃(“P”的人物7- - - - - -10)延伸几百微米的距离离f₁骨折后,似乎已经被推进一个不规则和复杂腐蚀阵线(“cf”数据7(一),8 (h),9(一个),9 (e),10(d)),发生在当今glass-palagonite接口。这种腐蚀前局部特征明显的etch-tunnel区(数字1 (b),1 (d),1 (f),7,9),在橙玄玻璃前区延伸至新鲜玄武岩玻璃为几百微米的距离(例如,图7 (b))——除了地区以“颗粒”玄玻显微组织(数字7 (f),8 (h),9(我),9 (n),9 (o),10(一)-10(f))。这个复杂的性质和起源腐蚀前后相关的“etch-tunnel区”和“颗粒状橙玄玻璃显微组织”是目前研究的主要焦点DSDP 418玄武岩玻璃,因为在许多先前的研究玄武岩的眼镜从这个钻场,这样的显微组织变化通常被解释为微生物活动的证据(即。生物腐蚀/ bioalteration) (11,26- - - - - -28,31日,33,59,61年,93年,94年,One hundred.),而我们认为他们代表的证据,而不是“无生命”腐蚀(palagonitization etch-tunnelling:海水)随机分布的密集的浓度,辐射受损的网站在法国和玻璃(p。10 Muehlenbachs [107年]、[111年- - - - - -113年,139年])。

因此作为第一步,在接下来的几个部分中,我们将提供一系列的详细观察复杂的腐蚀发生的显微组织在这些glass-palagonite接口研究玄武岩样品玻璃枕头利润率从418年DSDP。

3.3。复杂的腐蚀与持续Palagonitization相关的显微组织

Palagonitization解释之后开始early-soon淬火(白垩纪早期),与f₁压裂(如部分中概述3.2),但在这些情景和正在进行的岩石,可能直到钻井和样本收集。当今glass-palagonite界面非常不规则,斑驳在形式上由于存在复杂的腐蚀,出现前(“cf”数据7(一),8 (h),9(一个),9 (e),10(d))——的形成似乎发生在纷扰的黄褐色的橙玄玻璃的一些最初的腐蚀/解散/ etch-tunnelling过程发生在新鲜玄武岩玻璃。类似变更显微组织也被观察到内部的一些锆石颗粒优先腐蚀造成的高U和Th(辐射受损)地区在风化(例如,“cf”图7(一)(插图BSE图像);图9”(193年];附录A在法国194年];图1 (d)在法国195年]),因此,相比之下,不规则的腐蚀前观察到这里(“cf”数据7(一),8 (h),9(一个),9 (e),10(d))也可能被优先腐蚀引起的辐射受损地区玄武岩玻璃被海水。在抛光岩石薄片,这种腐蚀前418 glass-palagonite接口DSDP玄武岩玻璃可细分为两个截然不同的microtextural品种包括“etch-tunnel区”(即。,“ARTETs”人物1,7,9)和“颗粒橙玄玻璃蚀变区”(即。,“granular palagonite ART alteration” or “GP” in Figures2 (b),2 (d),7 (f),8 (h),9(我),9 (n),9 (o),10(一)-10(f)),下面描述的部分3.3。1和3.3。2,分别。

3.3.1。Etch-Tunnel区Glass-Palagonite接口

橙玄玻璃在glass-palagonite本地接口似乎表面上的颜色(即要暗许多。,almost black)—when viewed under plane polarized light by petrographic microscope—because it grades into a complex network of nanoscopic etch-tunnels that scatter and absorb light (Figures1 (b),7(一),7 (b),9(米)- - - - - -9 (o))。这些etch-tunnels玻璃向外延伸到新鲜长达几百微米橙玄玻璃带(图7 (b)),跟踪复杂的三维曲线路径穿过玻璃(图7 (c)),表现出高度的曲折(即。,highly anastamosing patterns), which allows only a small portion of them to be brought into focus at a given time under petrographic microscope (e.g., Figure1 (f))。许多显微图像的马赛克碎片在15个不同震源深度显示了一个更完整的隧道网络的“焦点”表示观察~ 30μ米厚的岩石部分(图7 (c))。扫描电镜成像显示,他们薄片的表面相交,隧道成像在这些样本的显微照片dsdp - 418 a - 75 - 3 - (120 - 123)(数据1 (f)和7(一)- - - - - -7 (c))~ 120 nm宽(见图7 (c)(插图二次电子图像)9 (c),9 (d))带相同的大小作为一个典型的alpha-recoil跟踪(~ 120 nm直径(129年];看到粉红色的点在图7 (c)(插图),在图9 (d))。类似的SEM成像etch-tunnel区保存抛光岩石中glass-palagonite接口部分的样本dsdp - 418 - 68 - 3 (40-43)(数据9 (e)- - - - - -9 (o)),~ 50米高的volcanostratigraphic继承(图5 (b))也显示,这些etch-tunnels glass-palagonite接口通常~ 120 nm宽(即。,compare the diameters of hypothetical alpha-recoil tracks (pink dots) with those of the etch-tunnels—i.e., “ARTETs”—in Figures9 (h),9 (k),9(左))。假设之间的相似性直径alpha-recoil跟踪和观察etch-tunnels(即。,在这两种情况下大约120海里;数据9 (d),9 (h),9 (k),9(左))在两个不同的DSDP glass-palagonite接口418枕头边缘样品提供了令人信服的证据表明这种etch-tunnelling和腐蚀的发生提前palagonitization面前发生主要是由于众多的优惠解散(海水)随机分布alpha-recoil追踪的玻璃与以前的生物(例如(即,微生物生痕化石)的解释。“管”纹理DSDP 418 (11,26- - - - - -28,31日,33,59,61年,93年,94年,One hundred.]。因为这个原因(也看到部分3.4和5),我们建议大多数etch-tunnels glass-palagonite界面观察到418年DSDP的抛光岩石部分玄武岩玻璃(例如,数据1(一)- - - - - -1 (d),1 (f),7(一)- - - - - -7 (c),7 (e),9)现在可以解释为“alpha-recoil跟踪etch-tunnels”(ARTETs)。

随后在glass-palagonite接口,其形成后期二次修改其中的一些alpha-recoil跟踪etch-tunnels也在本地发生。例如,postdissolutional柱头的隧道墙壁(“N”图7 (c))已经愈合/封闭部分这些alpha-recoil跟踪etch-tunnels (“ARTETs”图7 (c))到目前的孤立,拉长(几微米长),窄(~ 120纳米宽)流体包裹体,可能含有海水。此外,在许多地方沿着glass-palagonite接口,入侵的橙玄玻璃似乎完全叠覆/销毁现有alpha-recoil跟踪etch-tunnels,保护他们伸长曲线形式为“玄玻手指”,向外延伸到新鲜玻璃(数字7 (d)和7 (f))。此外,长时间的过腐蚀(也许由于压力解决方案etch-tunnelling-this想法是在部分进一步探讨5。3)显然扩大了一些初期alpha-recoil追踪etch-tunnels明显更大的无数隧道形状(图7 (e)),包括延长宽隧道(易),珍珠链(SOP)纹理(参看串珠结构如图1所示(f)的Fisk et al。24),珍珠链结构中描述图F68船上科学方60]和Banerjee和Muehlenbachs [64年]),不规则的球状的蛀牙(IBC),和香肠构造隧道(BT:即。,shaped like sausage links—but not “stretched” as in other examples of boudinaged rocks in the field of structural geology). In the studied samples, these larger “overetched” tunnels (Figure7 (e))有些罕见的和非典型相比更常见~ 120 nm宽“初始”alpha-recoil跟踪etch-tunnels(数字1 (b),1 (d),1 (f),7 (b),7 (c),7 (e),9),它代表> 95%的隧道中观察到etch-tunnel区玄武岩glass-palagonite接口的玻璃枕头利润在这个研究。

3.3.2。粒状橙玄玻璃艺术改变显微组织

在许多地方沿着glass-palagonite接口,alpha-recoil跟踪etch-tunnels丰富(例如,数据7和9)——但同样常见的这个接口是一种截然不同的腐蚀显微组织:粒状橙玄玻璃艺术(alpha-recoil跟踪变更(图)10;也参见图2 (b),2 (d),7 (f),8 (h),9(我),9 (n),9 (o))。例如,在f₁骨折中突出显示的数据9 (e),9(我),9(米)- - - - - -9 (o)著名alpha-recoil跟踪etch-tunnel区发生在一侧(即glass-palagonite接口。底部边:“ETZ”数据9 (f)和9(我)和“ARTETs”数据9 (n)和9 (o))除了丰富的粒状橙玄玻璃艺术变更(“GP”数据9(我),9 (n),9 (o))。相比之下,glass-palagonite接口的对面这只骨折展品“颗粒橙玄玻璃艺术改变”显微组织(即。“全科医生”,板面裂缝的人物9(我),“颗粒橙玄玻璃艺术改变”人物9 (o))。

尽管这样的“颗粒”橙玄玻璃改变显微组织可能发生邻近alpha-recoil跟踪etch-tunnels(与前面的例子),这种风格的腐蚀/ palagonitization玄武岩玻璃前不考虑任何形式的溶解(如etch-tunnelling)一过程还无能为力——无论与“玄玻手指”(例如,数据7 (d)和7 (f)),似乎形式alpha-recoil跟踪etch-tunnels的套印侵犯橙玄玻璃(数字(11日)- - - - - -11 (c))。相反,“颗粒”橙玄玻璃似乎代表了一种不同类型的低温水变更(即。,palagonitization) by seawater that takes place in a very spotty/mottled/granular fashion by preferential leaching, diffusion, hydrolysis, and reaction of chemical components at specific nucleation sites in the glass (i.e., numerous “point sources” of damage in the glass, which we attribute (below) to the presence of randomly distributed alpha-recoil tracks: Figures10(e),10(f),10(h)和10(我))。个人玄玻点(或颗粒)报道范围从约0.3 ~ ~ 1.0μ0.6米直径,但最常见的是~μ米(图10(e)和10(f))大小相似的其他已知的例子粒状橙玄玻璃改变海底世界眼镜(即。,这些归因于微生物活动:-1.3 ~ 0.1μ米,但最常见的是-0.6 ~ 0.2μ米(11,26,28,34,59];例如,比较数据2 (c)和2 (d))——他们往往发生在密集的星座,形成一个参差不齐的/斑驳新鲜玄武岩玻璃之间的过渡区(“成品”的数字10(一)-10(d))和玻璃已经完全改变了玄玻(“P”的数字10(一)-10(d))。我们解释这种模式改变的证据向玻璃渗透海水palagonitization期间发生不仅通过优惠etch-tunnelling alpha-recoil跟踪玻璃损坏的网站(即。节中描述3.3。1和图9),但也通过“选择性palagonitization”众多随机分布alpha-recoil铁路线代表理想点光源的辐射损伤更服从于化学侵蚀周围glass-resulting以特有的“颗粒”玄玻显微组织(数字10(e),10(f),10(h)和10(我))。关键的证据来支持这种说法来自于观察到的面密度和分布橙玄玻璃颗粒成像通过SEM(例如,数据10(e)和10(f))匹配密切“模型”的计算区域密度和分布alpha-recoil追踪418年DSDP玄武岩玻璃(数据10(h)和10(我))——在我们的理论模型研究(部分5)。此外,这些玄玻“颗粒”的典型小尺寸(~ 600 nm)是仅略大于直径的这些假定的以前现有alpha-recoil跟踪(通常~ 120 nm (129年];看到粉红色的圆点标记“艺术”图10(f));即~ 120 nm alpha-recoil跟踪提供理想的“点源”选择性palagonitization固有的这些旧眼镜。然而,选择性palagonitization的过程中,一些周围的玻璃也显然palagonitized,导致大一点~ 600纳米的大小对这些优先palagonitized alpha-recoil跟踪(即。,“橙玄玻璃颗粒”图10(f))。因此,我们建议粒状橙玄玻璃改变显微组织中发现的海底火山世界眼镜(例如,11,28,34,59]这项研究)并不代表微生物活动的证据/ bioalteration或全球的存在lithoautotrophic微生物群落蓬勃发展在潜艇眼镜glass-palagonite接口(例如,11,28,34,59),而是反映了优惠非生物腐蚀/ palagonitization众多随机分布alpha-recoil跟踪潜艇眼镜seawater-which似乎发生在全球范围内,因为洋中脊玄武岩眼镜已知含有微量的U和Th全球(146年),因此很快积累alpha-recoil跟踪。因此,我们建议最近提出的微生物化石(即跟踪。ichnospecies)Granulohyalichnus寻常的事实上,整个Granulohyalichnusichnogenus [28)现在或多或少在怀疑的biogenicity(见节中进一步讨论6.1)。

3.4。高分辨率扫描电子显微镜的玄武岩玻璃芯片样品”

由于抛光过程中使用抛光岩石薄片的制备,一些更小的(< 0.1μ米)细节保留在腐蚀显微组织和etch-tunnels有潜力变得稍微模糊/修改,因此难以在高分辨率的扫描电镜图像。因此,为了规避这个问题在目前的研究中,我们也准备hand-crushed(即。通过研钵和研杵),砂级玄武岩玻璃“芯片样品”dsdp - 418 a - 75 - 3 - (120 - 123)允许腐蚀的更详细的高分辨率扫描电镜成像显微组织(数字11- - - - - -15)——赞美抛光表面的SEM研究岩石部分我们进行(数据之上8- - - - - -10)。这样,在破碎断裂表面生成的样本成小片接触的新鲜表面的内部玄武岩玻璃枕头边缘的高分辨率扫描电镜研究腐蚀显微组织(数字11- - - - - -15;也参见图3 (e)和4(c)离开,一些图片介绍了在以后的部分:数字17,20 (b),21 (b),21 (c),21 (e),21 (f))。sub-millimeter-sized玻璃枕头保证金(即碎片。,chip samples) analysed by SEM in this study were sputtered with a 20 Å coating of iridium using a VCR group Inc IBS/TM200S Ion Beam Sputterer and analysed using a JEOL 6301F field emission scanning electron microscope equipped with a PGT IMIX model X-ray analysis system (images presented in Figures(11日),11 (d),11 (e),13(一),15(a)和一些图片介绍了在后面的部分:数字17,20 (b),21 (b),21 (c),21 (e),21 (f))或日立s - 4000扫描电子显微镜(数字11 (b),12(d) -12(h),13(b) -13(e)14(e) -14(h)),或者涂上~ 150黄金的使用纳米技术Semprep2然后分析使用上述JEOL 6301 f(数字工具12(一)-12(c)和一个图像在后面一节中介绍:人物(21日))。在高分辨率扫描电镜成像过程中,样品气急败坏的说~ 150一层厚厚的黄金显示样品表面的轻微的人工造粒(见nanogranules“盟”的人物12(一)-12(c)),这就是为什么大部分的芯片样品在这个研究中被涂上一层~ 20 iridium-allowing决议的细节(跨度小至20 ~:例如,看到nanofilaments图12(h))。

3.4.1。概述Glass-Palagonite接口和相关的“Etch-Tunnel区”

我们调查了大量的新鲜骨折表面各种玄武岩(从玻璃芯片样品dsdp - 418 a - 75 - 3 - (120 - 123))和位于部分palagonitized玄武岩玻璃(和相关etch-tunnels)在几个不同的谷物,和一个代表区域的高分辨率扫描电镜概述glass-palagonite界面如图(11日)。许多腐蚀/解散显微组织观察在抛光岩石薄片glass-palagonite接口(例如,数据7和9)也被发现在这个地区(图代表(11日)),它可以分为四个不同的结构域,包括新鲜的玄武岩玻璃,一个etch-tunnel区,玄玻区,和一个中间地带,后者两个共存(数据(11日)- - - - - -11 (c))。etch-tunnel区橙玄玻璃之间发生区和新鲜的玄武岩玻璃(数字(11日)- - - - - -11 (c)),由新鲜充满孔隙度(即玄武岩玻璃。etch-tunnels:图11 (d))。这些结构关系表明,橙玄玻璃变更前的进步发生在著名的解散/ etch-tunnelling前造成的海水渗透到新鲜玄武岩玻璃(优先辐射地区将受损部分3.4.2)。此外,在一些地方etch-tunnel区已经完全叠覆的入侵二级橙玄玻璃,局部形成橙玄玻璃的手指(“PF”数据(11日)- - - - - -11 (c)),向外延伸到etch-tunnel区和新鲜的玄武岩玻璃(类似于那些如图7 (d)和7 (f))。

3.4.2。Alpha-Recoil跟踪Etch-Tunnels性质(ARTETs)和裂变径迹Etch-Tunnels (FTETs)

孔隙度etch-tunnel区内发生在一个复杂的三维网络的形式anastamosing纳米通道(即。,“ARTETs”人物11和12),通常~ 120 nm直径(数字11 (d),12(一),12(b)12(d)),表现出高度的曲折(数字12(一),12(b)12(d)),常见的分支(数字12(一)和12(b)),偶尔也会爆发出更大的不规则孔隙~ 1μ米(“阵线”数据12(b)和12(e)),有小“凹坑”他们的内表面(“SARTETs”数据12(b),12(c)12(e)),在一个实例发生在一个烂花循环(图的形式12(f))。罕见的大室/隧道~ 1 - 2μ米直径,通常到一起(即。哑铃形)和~ 8μ米长(即。,“FTETs” in Figures(11日),11 (d)和13)也与这个复杂的网络互联anastamosing纳米隧道。在横截面(即。,on a large, freshly formed “chip”/fracture surface of basaltic glass pillow margin), these two contrasting types of exposed etch-tunnels show a bimodal size versus population distribution (Figures(11日),11 (d),15(一),15(b)),也包含不同类型的填补物自生矿物。通常到大隧道(即。,fission track etch-tunnels or “FTETs”) are much less abundant than the smaller tunnels (i.e., compare: 2 FTETs versus 379 ARTETs in Figures15(一)和15(b))和含有板状材料,解释是基于形态,通过SEM, EDS分析地质环境,与周围结构关系玻璃自生板状蒙脱石(“Sm”数据13和14)。SEM图像的四个大的横截面图各种etch-tunnel(数字13(一)-13(d))可能被解释为代表不定地面向平面部分通过一个单一类型的孔隙(即到。裂变径迹etch-tunnel)相同的整体形状和大小在每种情况下(图13(f))。etch-tunnels越小(即。,alpha-recoil track etch-tunnels or “ARTETs”) predominate in the etch-tunnel zone (e.g., Figures11 (d)和12(d))和一般包含褶皱的丝状物质形式cobweb-like束穿过隧道空白空间和行隧道墙壁(“调频”数据12(一),12(c)12(g))。根据形态、大小、地质背景、与周围结构关系玻璃,这解释丝状材料自生imogolite(数字12(e),12(g),12(h)和14(h);也参见图17 (c)和17 (f)介绍了在后面的部分和(111年,139年])。例如,imogolite通常被描述为玻璃的初始风化产物火山灰(196年),所以它是合理的,这里的矿产也应该形成在潜艇glass-water接口接受被海水腐蚀/解散的眼镜。特写镜头的许多imogolite丝挂在墙上的拉直空虚这是一个小的一部分(alpha-recoil跟踪)etch-tunnel网络(图12(h)),通过假设imogolite丝横截面显示规模20一个厚(已知的自然imogolite管外径196年])丝(蓝色)与一个额外的厚度20两侧为了代表铱涂层(红色)。在这个比较,很明显,一个假设的厚度imogolite灯丝的大小匹配隧道的墙壁上悬挂的细丝SEM图像给它们涂上铱(图2012(h);也参见图17 (c)和17 (f)在后面一节中介绍)。SEM图像的不同玄武岩玻璃“芯片”(从样本dsdp - 418 a - 75 - 3 - (120 - 123))涂在黄金(数字12(一)-12(c)),出丝也显示通过相对较厚且不规则的涂料样品在黄金上形成溅射(“调频”数据12(一)-12(c))。

这些imogolite丝和板状的authigenicity小型和大型etch-tunnels内部发生的蒙脱石,分别(即。,ARTETs versus FTETs), is constrained by the occurrence of pronounced “cusp and caries” texture (CCT) at the glass-water interface (“CCT” in Figures13和14)。这个独特的显微组织发生glass-water接口(即。,“cusp and caries texture” along etch-tunnel walls) is interpreted to arise from two concomitant processes taking place simultaneously during etch-tunnelling: dissolution (of glass) and coprecipitation (of secondary clays—i.e., smectite within FTETs and imogolite within ARTETs). According to this model (Figures14(一)-14(d)),“尖点”的形式沿着etch-tunnel墙壁的成核和增长的中等黏土(imogolite或蒙脱石),即中等黏土的保护作用阻止解散直接发生在这些地区,而“龋齿”(或“入侵”到玻璃)形式稍微靠近这些网站的成核和增长(图14(b))通过解散附近玻璃凹地。足够远的地区粘土成核和生长的地方,玻璃解散收益没有障碍,导致光滑界面(“SI”数据13和14)。这种类型的“尖端和龋齿”显微组织是一个术语通常使用的显微镜化验员在矿床的研究,在这种情况下,一个主要的矿物被取而代之的是次要矿物(变更),这样,新的凹入侵宿主矿物形式,“次要矿物仿佛咬到主机”(p。141年Guilbert和小公园。197年]),实际上源于一个牙科比作“龋齿”代表凹入侵牙腔和它们之间的残遗protuberences在Guilbert“尖点”(p . 141和小公园。197年])。

小(~ 120 nm直径)和更丰富的各种etch-tunnels(即。,“ARTETs”人物11 (d)和12)观察到这些“芯片”样品的表面基本上是相同的大小在glass-palagonite etch-tunnels确定接口在本研究抛光岩石薄片中(图9),因此,也顺便说一句相同的大小作为一个典型的alpha-recoil跟踪(~ 120 nm直径(129年],查查“ARTETs”和粉色圆点标签数据的“艺术”9 (d),9 (h),9 (k),9(左),(11日),11 (b),11 (d),12(一),12(b)12(d) -12(f))。这进一步增加了支持我们的结论部分3.3。1etch-tunnel区在glass-palagonite接口的形式提前palagonitization阵线的主要是由于优惠etch-tunnelling(海水)的随机分布alpha-recoil追踪的放射性衰变产生的玻璃U和Th-again,与之前相比生物(即。(即,微生物生痕化石)的解释。“管”纹理DSDP 418 (11,26- - - - - -28,31日,33,59,61年,93年,94年,One hundred.])。额外的支持“辐射损伤的起源”这etch-tunnel区来自巧合在罕见的大小,大的(~ 1 - 2μ米宽~ 8μ米长)etch-tunnels (“FTETs”数据(11日),11 (d)和13)“原始”的典型尺寸裂变径迹在火山/影响玻璃(即。~ 8μ米length-see直接比较图3 (e);“原始”是指自然发生的自发的裂变轨道在火山/影响玻璃来自自然放射性衰变(自发裂变)^238年你没有受到后续热处理/ track-shortening或的情况诱导裂变轨道在火山玻璃,来自的诱发裂变^235年U由辐射引起的样本与热能中子核reactor-fission跟踪也通常~ 8μ米的长度:见图1 Sandhu et al。198年图8),(b)在韦斯特盖特和使用199年),图3在这项研究中,在阿里亚斯和描述等。126年[]和Sandhu韦斯特盖特128年])。因此,我们解释etch-tunnel区glass-palagonite接口(数据7,9,11- - - - - -13,15(一),15(b)15(d);也参见图1 (b),1 (d),1 (f),3 (e),4(c)左)由优先溶解,etch-tunnelling(海水)通过辐射受损地区玄武岩玻璃(即。,randomly distributed alpha-recoil tracks and spontaneous fission tracks)—in advance of the encroaching palagonitization front that formed along fractures during low temperature subaqueous alteration of these glassy margins of midocean ridge pillow lavas—long after their initial eruption and quenching.

同样重要的是要强调的双峰分布观察“etch-tunnel规模”与“etch-tunnel人口/磁录密度”在本研究中(即。大量(379)小(~ 120纳米宽)etch-tunnels而只有少数大(~ 8μ米长)etch-tunnels:数字(11日),15(一),15(b))也提供了强有力的“microtextural”证据表明etch-tunnel区glass-palagonite界面非生物的起源和优先腐蚀的结果(海水)的辐射受损区域的玻璃。例如,因为化石裂变轨道在大多数地质自发裂变材料生产的^238年U,他们应该发生在一个更大的人口相对较小alpha-recoil跟踪造成的损害(图8 alpha-recoil事件4(一))的一部分^238年U -^206年Pb放射性衰变链(例如,130年];数据4(b):左右15(e))。对比两种类型的相对丰度的辐射损伤发生(即。,several orders of magnitude more alpha-recoil tracks than fission tracks) mostly because of the difference in half-lives for spontaneous fission of^238年你和^238年U -^206年Pbα/β衰变链,8.2×10¹⁵和4.468×10⁹分别为y (200年,201年]。但这也是部分原因是大量的额外alpha-recoil跟踪是由其他同位素的放射性衰变等^235年U到^207年Pb和^232年Th,^208年Pb,这些特殊的衰变链涉及总共七和六个alpha-recoil事件,分别是(202年]。这对alpha-recoil双峰大小/人口分布跟踪与裂变轨道被认为在研究的早期实验蚀刻裂变轨道和alpha-recoil追踪解理云母表面([130年];也就是说,one large fission track etch-pit surrounded by a multitude of tiny alpha-recoil track etch-pits: Figures4(b):左右15(e))。进一步讨论这些“双峰分布”的重要性的腐蚀microtextures-linked裂变轨道的大小和面积密度的差异与alpha-recoil就像是在部分5。2,6.1,6.2.2,包括双峰分布的观察“颗粒”橙玄玻璃材质的眼镜从哥斯达黎加裂谷(部分6.1)。

总之,有三行microtextural证据确定因此并存的“etch-tunnel区”glass-palagonite界面dsdp - 418 a玄武岩玻璃支持辐射损伤的起源对于这些etch-tunnels和不是一个微生物的起源。(1)各种etch-tunnels (~ 120 nm直径越小“ARTETs”数据9 (d),9 (h),9 (k),9(左),(11日),11 (b),11 (d),12,13(一),13(d),15(一),15(b)15(d))通常是相同的大小作为alpha-recoil跟踪(~ 120 nm直径(129年])。(2)更大的各种各样的etch-tunnels (“FTETs”数据(11日),11 (d),13,15(一),15(b))范围的长度~ 8μ米长,同样的大小作为一个典型的未退火的裂变径迹在火山玻璃(以及玻陨石眼镜,~ 8μ米长度;参见图3 (b)和3 (e)图1(本研究),在Sandhu et al。198年图8),(b)在韦斯特盖特和使用199年),和描述在阿里亚斯et al。126年[]和Sandhu韦斯特盖特128年])。(3)小(~ 120 nm直径)各种etch-tunnels几个数量级比更大的更丰富(~ 8μ米长)品种(如379“ARTETs”与“FTETs”数据15(一)和15(b))一致的著名概念(上面列出)的磁录密度alpha-recoil跟踪(即。,#跟踪/厘米²)积累几个数量级的速度比裂变径迹区域密度。

根据这些相似之处自然etch-tunnels dsdp - 418 a玄武岩玻璃和alpha-recoil跟踪和裂变,重要的是评估精确多少辐射损伤实际上应该出现在这些眼镜(即。的形式,随机分布的裂变轨道和alpha-recoil跟踪)基于已知年龄的枕状熔岩(~ 120.6马;年龄限制,看到数字5 (c)和5 (d)和部分2.2U和Th)和测量的浓度出现在新鲜玄武岩玻璃,这是以下两部分的主题(4和5)。

4所示。U和Th含量测定新鲜玄武岩icp的玻璃

辐射损伤的理论模型的玻璃边缘的枕头玄武岩在这项研究中,U和Th的浓度在新鲜玻璃样品dsdp - 418 a - 75 - 3 - (120 - 123)通过icp测定。几个片段的玄武岩玻璃枕头边缘样本(每个几毫米)被乙醇达到较小的晶粒尺寸使用玛瑙研钵和杵。由此产生的岩石粉末渗在乙醇使用丝网印刷网删除罚款(材料不到~ 50μ在晶粒尺寸m)。破碎和筛分是必要的隔离大量的碎片只有新鲜玄武岩适当大小的玻璃。谷物被精心挑选的乙醇双目显微镜下,使用一个自定义构建吸管聚乙烯、聚四氟乙烯制成的。选择新鲜的材料需要整理和选择谷物的玄武岩玻璃没有变更(例如,palagonitized或脱玻区),没有附加的证据仍然矿物包裹体的碎片(例如,斜辉石和斜长石),而且只有那些没有囊泡的谷物。

827年,个人的原始玄武岩玻璃碎片U和Th分析,规模从~ 50 ~ 300不等μm(表1)。他们被描述为新鲜的玄武岩玻璃碎片浅棕色棕色(最小的碎片)深棕色(最大碎片)的颜色。粮食表面总是显示玻璃光泽,因为他们是弧形贝壳状骨折传授各种各样的形状的谷物延长刀片锋利边缘更多等分的形状。作为额外预防措施后,所有的谷物被交叉检查高偏振星用偏光显微镜,以确保他们是各向同性。这样做也是为了排除任何碎片可能仍然包含附加碎片的其他矿物(如斜长石)双目显微镜下很难看到。发现所有的谷物确实是各向同性,为玄武岩玻璃预计,尽管~ 2%的颗粒细小的夹杂物,或片段的边缘,随时可见的双折射材料(可能斑晶碎片)。这些谷物被留下最后的827人口新鲜玄武岩玻璃碎片,分成三个分数为0.9到1.2毫克微量元素分析(表1)。

以确保这些分数将构成一个适当的数量的材料成功的icp分析,一系列的五个测试分数是第一次运行。这些也来源于样本dsdp - 418 a - 75 - 3 - (120 - 123)和重量范围从1.1到17.8毫克(表1)。这些分数由大颗粒(一个几毫米大小)的枕头边缘主要包含新鲜玄武岩玻璃,也包含大量的囊泡,改变域,和矿物包裹体(表1)。

在解散之前,谷物被转移到烧杯Savillex MilliQ H₂O (18.6 MΩ),放入超声波浴了几分钟。提供水和谷物在MilliQ H再次清洗₂o . 49%其次是四个部分的高频,HNO一部分68%₃到Savillex烧杯解散在热板48小时在135°C。解决方案被蒸发干燥然后reequilibrated HNO 1毫升的2%₃和内部标准溶液(铋)添加之前的分析。

U和Th浓度,确定解决方案进行分析在珀金埃尔默Elan 6000四极icp。操作条件中列出Simonetti et al。203年),除了Th和U的停顿时间是120和60 ms,分别。每个样本分析包括35个清洁工/阅读(3)复制的总分析时间每样例21岁,和外部再现性(2 5 - 10%σ援引丰度(表的水平)1)。

五个测试样本取得了积极成果,所以新鲜的三个小分数玄武岩玻璃也通过icp分析。结果这八个样本总体非常相似,他们如表所示1。对于测试分数,Th浓度范围从0.097到0.164 ppm和U浓度从0.037到0.053,与Th / U值在2.66和3.51之间。新鲜的玻璃显示更窄范围的微量元素的浓度,与0.108 - -0.132 ppm Th, 0.032 - -0.042 ppm U,异常狭窄的Th / U值范围3.16 - -3.35。广泛的测试分数的值可能包含少量的改变引起玻璃、矿物包裹体、囊泡。时突出显示的部分2——三个玄武岩玻璃枕头边缘样品在这个研究属于同一化学(即。、玻璃)“J”型162年岩性单元的“13”的火山喷发单位“Vb”[161年),它是合理的地球化学预测U和内容的新鲜玄武岩玻璃样品dsdp - 418 - 68 - 3 (40-43)和dsdp - 418 - 72 - 4 (13 - 15)在这项研究报告的值可能是相似的样本dsdp - 418 - 75 - 3 (120 - 123)(即。,U = 0.032–0.042 ppm; Th = 0.108–0.132 ppm). Consequently, we consider our theoretical modelling study (Section5)现在的辐射损伤的分布在新鲜玄武岩glass-which利用这些U和Th浓度决定在这里ICP-MS-to适用于所有三个枕头边缘样本。

Th / U比率和U和Th含量dsdp - 418 a玄武岩玻璃确定在本研究中类似于其他先前的结果洋中脊玄武岩玻璃。例如,新鲜的玄武岩玻璃从全球广泛,疏浚样品正常MORB U浓度范围从0.0215到0.129 ppm, Th / U上涨顺利从1.4到3.1 Th浓度从0.03增加到0.399 ppm (146年]。测量U浓度玄武岩眼镜从其他枕头利润率更高volcanostratigraphic序列在dsdp - 418 a也非常相似(0.018 - -0.037 ppm (125年])。

5。今天的辐射损伤的理论模型在新鲜玄武岩玻璃

为了评估更定量的方式辐射损伤的作用在自然腐蚀/ palagonitization microtextural发展dsdp - 418 a玄武岩眼镜的海水,我们进行了理论建模研究现在的辐射损伤的分布(即在这些眼镜。区域密度alpha-recoil追踪和自发裂变轨道相交的一个假想的平面断裂表面的玻璃),基于已知年龄的枕状熔岩(~ 120.6马;年龄限制,看到数字5 (c)和5 (d)和部分2.2)和测量浓度的U和Th新鲜玄武岩玻璃由icp(表1)。

5.1。造型方法

他们生长的例子,在连续八个alpha-recoil事件完整的放射性衰变链中^238年U到^206年Pb-alpha-recoil跟踪通常通过基质材料(图“锯齿形”4(一))~ 30 - 50 nm新与每个连续的随机方向alpha-recoil事件(例如,在Jonckheere和Gogen(图3131年];表1在Stubner Jonckheere [132年]),导致最终复合群辐射损伤测量约120海里(例如,估计的平均直径alpha-recoil跟踪来自完全腐烂^238年U到稳定^206年Pb在云母从~ 110 nm范围132年)~ 120 nm (129年)和~ 125 nm (131年])。在这个理论建模研究418年DSDP alpha-recoil轨道分布的玄武岩玻璃,我们认为每个alpha-recoil跟踪的最终结果完整的U -或Th-series衰变。例如,虽然总共8 alpha-recoil事件发生在完整的放射性衰变^238年U到^206年Pb,因为他们都是相互关联的,他们被认为是作为一个“单身”复合~ 120 nm宽alpha-recoil跟踪(图4(一)129年,131年,132年])。此外,为简单起见在这个高空间分辨率理论模型研究(数据10(我),15(c))每个alpha-recoil跟踪模仿~ 120 nm直径范围(而不是无数不同的几何品种混乱的结构),这是符合观察,当完全侵蚀,alpha-recoil跟踪往往形成相对等分etch-pits(例如,见图4(b);图1在Stubner et al。133年]);即理论纳米“曲折”的三维结构alpha-recoil跟踪是有效地摧毁了腐蚀。此外,因为这些DSDP 418玄武岩眼镜推断只有经历了相对较低的温度在整个地质历史上(因为淬火),我们假设(a)^222年Rn扩散发生(“分裂”^238年U -^206年Pb复合alpha-recoil跟踪在半数人认为图4(一))和(b)没有alpha-recoil跟踪“褪色/缩短”发生。

alpha-recoil轨道相交的面密度的一个假想的平面裂缝面通过dsdp - 418 a玄武岩玻璃(数字10(h),10(我),15(c)15(f))计算使用(1),这是改编自(4)和(5)Gogen和瓦格纳(129年)有两个额外的例外。(i)的影响分区之间的Th / U矿产和融化排除在目前的情况下,因为我们正在处理的淬火玻璃和(2)计算一个理论alpha-recoil跟踪面密度,而不是体积密度,因此乘以(alpha-recoil跟踪的etchable范围)。

因此,在(1),的面密度etchable alpha-recoil轨道(即。#每厘米alpha-recoil跟踪²),的重量浓度^238年U 418年DSDP玄武岩玻璃(4.17×10⁻⁸g / g,从计算^235年U /^238年U同位素丰度比为0.00725 (204年)和42磅由icp的U浓度:dsdp - 418 a - 75 - 3 (120 - 123) -ICP-MS # 6、表1),玄武岩玻璃的密度(3.0克/厘米吗³:cf。205年]),阿伏伽德罗常数(6.02×10²³原子/摩尔),的摩尔质量是铀(238.0289克/摩尔),衰变常数吗^238年U (y⁻¹(204年]),衰变常数吗^230年Th (y⁻¹(206年]),衰变常数吗^235年U (y⁻¹(204年]),衰变常数吗^234年U (y⁻¹(206年]),衰变常数吗^232年Th (y⁻¹(204年]),是淬火玻璃以来(120600000 y;年龄限制看到数字5 (c),5 (d)和部分2.2),是玻璃的Th / U比率(3.16,决定从icp数据:dsdp - 418 a - 75 - 3 - [120 - 123] -ICP-MS # 6、表1),是^235年U /^238年U同位素丰度比(0.00725 [204年)),alpha-recoil跟踪的etchable范围(0.000012厘米;也就是说,120 nm [129年,131年])。总效率系数的值alpha-recoil跟踪启示()在传统alpha-recoil跟踪约会的研究被认为是1 (129年),适用于目前的情况下,因为跟踪是假想的,因此会自动显示。考虑

注意,这个方程的一个特定部分(同样适用于(2)下图)等于原子的频率在玄武岩玻璃(即:#原子),(即。,after (5) of Gögen and Wagner [129年])。

化石裂变轨道相交的面密度一个假想的平面裂缝面通过dsdp - 418 a玄武岩玻璃(数字10(g),15(g)15(h))计算使用(2)(改编自Bigazzi [207年Laslett[]和加尔布雷斯208年]),的面密度etchable化石裂变轨道,衰变常数吗(1.55125×10⁻¹⁰y⁻¹(204年]),是淬火玻璃以来(120600000 y;年龄限制看到数字5 (c),5 (d)和部分2.2),自发裂变的衰变常数吗(8.5×10⁻¹⁷y⁻¹半衰期的计算值为8.2×10¹⁵y的自发裂变霍尔顿和霍夫曼(201年)使用方程,也就是说,福尔(202年]),的重量浓度在g / g (4.17×10⁻⁸g / g,计算使用同位素丰度比为0.00725 (204年)和42磅的浓度决定了icp:dsdp - 418 a - 75 - 3 (120 - 123) -ICP-MS # 6、表1),玄武岩玻璃的密度(3.0克/厘米吗³:cf。205年]),阿伏伽德罗常数(6.02×10²³原子/摩尔),的摩尔质量是铀(238.0289克/摩尔),然后呢是etchable火山玻璃的裂变径迹长度(0.0008厘米;也就是说,~8 μm:见图3 (b)和3 (e)(本研究);图1在Sandhu et al。198年];图8在韦斯特盖特(b)和使用199年];在阿里亚斯和描述等。126年];Sandhu和韦斯特盖特(128年])。考虑

的1/2 (2)下降的泊松线段模型”的定位跟踪的分布是均匀的立体角,联合分布的长度和方向的轨道是独立的位置”(208年],它适用于玄武岩玻璃,因为它是各向同性的液体像结构。

5.2。模拟结果

从(1),我们计算出当今alpha-recoil追踪磁录密度dsdp - 418 a玄武岩玻璃非常高在148000000 alpha-recoil跟踪/厘米²,这表明这些眼镜绝对是充满alpha-recoil跟踪损伤(数字10(h),10(我),15(c)15(f))服从优惠解散/ etch-tunnelling(例如,数据1 (b),1 (d),1 (f),7(一)- - - - - -7 (c),9,11,12,15(一),15(b)15(d))和优惠palagonitization(例如,图10在海水腐蚀/变更渗透)。在我们的理论模型,和Th同样alpha-recoil追踪的积累,与多数歌曲来自放射性衰变(占~ 71700000 alpha-recoil跟踪/厘米²),^232年Th(占~ 72700000 alpha-recoil跟踪/厘米²)。相对,很少alpha-recoil跟踪来自放射性衰变^235年U (3140000 alpha-recoil跟踪/厘米²),(~ 212000 alpha-recoil跟踪/厘米²),^230年(~ 65500 alpha-recoil轨道/厘米²)。

直接1:1的规模比较合成理论418年DSDP alpha-recoil轨道分布地图玄武岩玻璃(图15(c))的地图自然孔隙度etch-tunnel区(图15(d))在同一尺度揭示了两个非常重要的相似之处。首先,模型alpha-recoil跟踪相同的宽度自然etch-tunnels(大约120海里)。其次,该模型alpha-recoil跟踪面密度(10×10 148 alpha-recoil轨道μm地区:数据10(我),15(c))很高,非常接近自然的观察面密度纳米etch-tunnels (94 nanotunnels观察代表10×10μm地区:图15(d))。这表明数值预测alpha-recoil轨道面密度大于足以观察到的面密度的~ 120 nm宽etch-tunnels。从这两个观测结果,我们得出这样的结论:纳米的复杂网络etch-tunnels glass-palagonite界面观察到418年DSDP玄武岩玻璃(数据1 (b),1 (d),1 (f),7,9,11,12,15(一)实际上是自然形成的alpha-recoil跟踪etch-tunnels (ARTETs)向玻璃渗透造成的海水通过优惠解散/ etch-tunnelling沿着众多随机分布alpha-recoil跟踪网站在玻璃受损,因此不是微生物活动的结果(即。“管”,显微组织418年DSDP玄武岩眼镜(11,26- - - - - -28,31日,33,59,61年,93年,94年,One hundred.])。

同样,直接1:1的规模比较模型alpha-recoil轨道分布dsdp - 418 a玄武岩玻璃(数字10(h)和10(我))与观察到的“颗粒橙玄玻璃”(数据的分布10(e)和10(f))显示的非常相似的“参差不齐”模式随机分布的亚微观的尸体;也就是说,模型alpha-recoil跟踪(人物的面密度10(h)和10(我)非常类似于橙玄玻璃颗粒的观察面密度(数字10(e)和10(f))。这提供了强有力的microtextural证据表明颗粒橙玄玻璃显微组织glass-palagonite接口(dsdp - 418 a玄武岩玻璃和可能在全球海底玄武岩的眼镜;看到部分进一步讨论3.3。2和6.1)产生的变更/优惠(即腐蚀。,palagonitization) of randomly distributed alpha-recoil track damaged sites in the glass and, therefore, not by microbial activity/bioalteration as previously thought (e.g., [11,26- - - - - -28,31日])。

像预期的那样(见部分3.4.2),模型裂变径迹面密度计算(2)要小几个数量级在1310裂变轨道/厘米²(图15(h);也参见图10(g),15(f)15(g))。这表明,尽管他们更大,裂变径迹etch-tunnels应该相对一些关于alpha-recoil跟踪etch-tunnels发现的数量(例如,比较跟踪分布数据15(f)和15(g)),这与我们的观察是一致的(2 FTETs与379 ARTETs数字15(一)和15(b)),实际上只有4被发现在我们的搜索裂变径迹etch-tunnels(数字13(一)-13(d))。这种类型的双峰人口和蚀刻裂变轨道的大小分布和蚀刻alpha-recoil跟踪被认为早在腐蚀研究云母(即。在黄和沃克(图1130年];数据4(b):左右15(e)在这项研究)和让人想起etch-tunnelling的模式,我们已经观察到在418年DSDP玄武岩玻璃(即。,比较数据15(b)与15(e))。这种相似性之间的模式自然etch-tunnelling DSDP 418玄武岩玻璃(例如,图15(b))和腐蚀坑形成的解理面实验蚀刻云母(例如,图15从黄和沃克(e)改编130年)作为进一步microtextural证据支持的“辐射损伤的起源”etch-tunnels glass-palagonite界面观察到418年DSDP的玄武岩glass-vis-a-vis自然优惠etch-tunnelling alpha-recoil追踪和自发裂变轨道在玻璃渗透海水。

5.3。非生物发展的驱动机制复杂腐蚀显微组织在潜艇的眼镜

“无生命”驱动机制的形成微观etch-tunnels和颗粒橙玄玻璃显微组织在潜艇眼镜glass-palagonite接口是相当简单的(图16)。随着海洋地壳年龄和远离扩张脊,它消退(例如,209年])导致火山基底岩石周围的静水压力上升逐步深化的海洋覆盖,这与此同时发生的辐射损伤岩石随时间积累(图16)。因此,玄武岩玻璃年龄和变得越来越适合优先腐蚀alpha-recoil跟踪和裂变径迹受损区域,它也可能变得越来越容易受到压力的影响解决方案etch-tunnelling与静水压力增加有关。经典,压力的解决方案在岩石的例子中,在diagenesis-takes反应增加地面压力(例如,“nonhydrostatic”在粒间接触应力条件下,或沉积层之间的缝合线(210年])。概述部分3.1在这项研究中,玄武岩玻璃似乎经历了一集(f₂)压裂和相伴形成的时期,使不透明白色(K-Al-Si)丰富的析晶区,这似乎发生了深埋的直接后果上覆下火山堆(即。,以应对不断增加地面压力)。因此,成岩/低级变质火山眼镜增加地面荷载的反应不一定是一种压力的解决方案,而是玻璃固态转换成微晶钾长石(±石英、方石英)过程中“使不透明”(p。418年中科院和赖特184年]、[185年])。然而,这里我们建议一些玄武岩玻璃实际上可能采取的局部压力的解决方案—不是为了增加静岩压力,但相反,增加流体静力学压力随着上覆大西洋的深化与地质时间的流逝(图系统16)。

根据这一假设,418年DSDP etch-tunnels玄武岩玻璃形成不仅通过优惠解散的辐射损伤,但也由压力的过程解决方案etch-tunnelling(例如,增强或失控的解散ARTETs)——如果曾经逐步深化大西洋一直挤压或“注入”到玻璃微观etch-tunnelling“针”的海水传播优先通过辐射受损区域。在这方面,这种类型的“水压”压力的解决方案可能是一个重要的复合因素在控制模式形成etch-tunnelling期间(例如,通过连接附近etch-tunnelling期间跟踪:参见步骤10的数字18和弯曲蓝色箭头在图19(底部),或由etch-tunnel“扩大”,见图7 (e)和17步骤12 d的图18)。因此,一些etch-tunnels可能开始由单一的优惠etch-tunnelling alpha-recoil跟踪被海水透过玻璃然后继续传播通过压力的过程解决方案etch-tunnelling(即。“失控的etch-tunnelling”),这就可以解释一些相对的出现长而直etch-tunnels(例如,图7 (c))。虽然测试这个假说有关流体静力学“压力解etch-tunnelling”418年DSDP玄武岩玻璃是超出了本研究的范围,它似乎是一个合理的命题,因为(a)因为在洋中脊处枕头喷发~ 120.6几百万年前,周围的静水压力增加了一倍多的~ 29 MPa ~ 62 MPa,和(b)“经典”压力的解决方案是已知发生在这些压力和温度条件(例如,石英砂岩在埋藏过程中:~ 20°C和~ 18 - 30 MPa-albeit“静岩压力(210年])。

因此,我们建议微观etch-tunnels和颗粒橙玄玻璃显微组织在潜艇眼镜不是微生物化石痕迹,而是文物的三复合“无生命”地质过程:(1)辐射损伤(即积累。、裂变轨道和alpha-recoil跟踪)玻璃U和Th的放射性衰变;(2)优惠(即腐蚀。,palagonitization and dissolution) of radiation damage in the glass by seawater; (3) subsidence of the oceanic crust during the cooling and thickening of oceanic lithosphere as it moves away from the spreading ridge and the associated incremental increases in hydrostatic pressure under a deepening ocean—leading to localized pressure solution of glass (and alpha-recoil track etch-tunnel widening/enhancement).

与mm-scale压力的研究解决方案结构含有化石的页岩Lescinsky和贝宁格(211年)——可能容易误认为是捕食者(即痕迹。,都是伪遗迹化石或伪切屑)——压力溶液微观结构(即。,enhanced alpha-recoil track etch-tunnels) described here may also be readily mistaken for microbial trace fossils (e.g., compare SOP texture in Figure7 (e)本研究用串珠结构如图1所示(f)的Fisk et al。24])。

6。讨论和影响

6.1。发现自然在玄武岩玻璃蚀刻核跟踪:对地球微生物学的影响

玄武岩的全球腐蚀玻璃在地球上地质历史的发展导致了各种不同的和复杂的变更/解散显微组织保存在潜艇的眼镜原位海洋地壳、蛇绿岩和绿岩带可以追溯到~ 3.5 Ga,,过去的20年里,人们一直认为这些全球广泛,复杂的火山玻璃(即岩相显微组织。,“管”etch-tunnels和“颗粒”玄玻)产生严格通过微生物活动11,23,24,26- - - - - -28,59,104年])。因此,我们发现在目前的研究中,微观etch-tunnels和粒状玄玻显微组织dsdp - 418 a玄武岩主要由优先腐蚀玻璃产生的辐射损伤(即。,fission tracks and alpha-recoil tracks) has immediate implications for geomicrobiology, microbial ecology, and studies aimed at identifying microscopic morphological biomarkers in volcanic/impact glasses on planet Earth (or even Mars). For instance, alpha-recoil track etch-tunnels and granular palagonite “ART” alteration identified at the glass-palagonite interface in DSDP-418A basaltic glass in this study are basically indistinguishable from many previous reports of “tubular” and “granular” bioalteration (i.e., compare “tubular bioalteration” in Figures1(一),1 (c),1 (e)“alpha-recoil跟踪etch-tunnels”数据1 (b),1 (d),1 (f),并比较“颗粒bioalteration”数据2(一个)和2 (c)在数字“颗粒橙玄玻璃艺术改变”2 (b)和2 (d))。这意味着过去可能在许多情况下,这样的“非生物腐蚀显微组织在海底玄武岩玻璃可能被误认为是微生物活动/ bioalteration的迹象。在这方面,自然蚀刻裂变轨道和alpha-recoil跟踪潜艇glasses-including微观“裂变径迹etch-tunnels”(例如,数据11,13,15(一),15(b)),“alpha-recoil跟踪etch-tunnels”(例如,数据7,9,11,12,15(一),15(b))和“颗粒橙玄玻璃艺术改造”(例如,数据7 (f)和10)也可以被视为pseudomicrobial痕迹化石即,非生物微观结构看起来明显生物,但不是(类似于先前描述”伪钻孔/捕食者的痕迹”记录在含有化石的页岩,只是文物pressure-dissolution [211年])。因此,生物圈的深度(在海洋地壳),微生物的分布和微生物生境与微生物的可能保护痕迹化石的火山玻璃原位海洋地壳、蛇绿岩和绿岩带可追溯到~ 3.5 Ga现在需要完全重新评估,根据我们的非生物(即。U-Th-Pb放射)模型发展的微观etch-tunnels(即。,管状结构s) and granular palagonite microtextures in submarine basaltic glass. Therefore, our study marks the second “paradigm shift” in scientific perspectives on the origin of complex corrosion microtextures in submarine volcanic glass (Figure19),从早期(即“无生命”范式。之前,Thorseth et al。23][39),“雾区”Morgenstein和莱利(40]、[41- - - - - -44]),流行的“生物”范式主导着科学文献在过去23年(例如,11,12,23- - - - - -28,34,49,59,64年,96年,104年)——现在回一个“非生物”(即。,U -Th–Pb radiogenic) paradigm with the present study (Figure19)。

先前记录可能在大多数情况下,玄武岩的粒状bioalteration玻璃的概念现在或多或少在怀疑我们的简单“无生命”模型的光粒橙玄玻璃形成的众多的优惠palagonitization alpha-recoil歌曲(数字2,10,18,19)。因此,我们建议最近提议为粒状bioalteration玄武岩玻璃微量矿物名称,包括Granulohyalichnus寻常的ichnospecies和Granulohyalichnusichnogenus [28),现在可以本质上受到挑战。这些颗粒橙玄玻璃显微组织是很显然的结果优先palagonitization众多随机分布alpha-recoil玻璃(数据跟踪10和18(图),他们基本上是一样的2)之前的报道粒状bioalteration microtexture-most特别是显微组织作为“经典案例”的细粒度bioalteration(数字2(一个)和2 (c)(11,28,59])。

我们没有观察到任何的例子优先palagonitized裂变轨道418年DSDP玄武岩玻璃在这项研究中(即。,“granular palagonite FT alteration” as opposed to “granular palagonite ART alteration”), and this is probably due to the relatively sparse distribution of fission tracks at the scale of observation of granular palagonite (i.e., compare Figures10(d)和10(g),在类似的尺度)。然而,一些先前报道的粒状橙玄玻璃显微组织在潜艇从哥斯达黎加裂谷眼镜(板1 (3]在家具等。50]),解释为微生物etching-but重新解释的证据是“非生物腐蚀显微组织(图”20 (c))——提供引人注目的织构的证据表明palagonitization优惠alpha-recoil追踪和裂变的踪迹发生在海底的变更的眼镜。特别是,一些大型(ca的双峰分布。5μ米)“裂变径迹颗粒”被众多小(0.5 1μ米)“alpha-recoil跟踪颗粒”(图20 (c))符合预期的大小和人口分布的裂变轨道与alpha-recoil痕迹。因此,我们建议除了ca。0.6μ各种颗粒状橙玄玻璃(即。,“granular palagonite ART alteration”; Figure10),一些大的(ca。5μ米)品种的粒橙玄玻璃(即。,possibly representing “granular palagonite FT alteration”; Figure20 (c))也可以被认为是代表伪微生物化石痕迹。

同样,显然在这一点上,许多以前记录的例子的管状bioalteration玄武岩玻璃(即。,microscopic tunnels at the glass-palagonite interface in submarine glasses)—can now be reinterpreted as alpha-recoil track etch-tunnels. For instance, tubular textures in submarine basaltic glasses presented as “classic examples” of tubular bioalteration are essentially identical in size, form, and geological setting to the alpha-recoil track etch-tunnels documented at the glass-palagonite interface in DSDP-418A basaltic glass in the present study (e.g., compare at the same scale: Figures1(一),1 (c),1 (e)与数据1 (b),1 (d),1 (f)、职责)。因此,我们建议大多数“管状bioalteration”的biogenicity显微组织记录在海底世界眼镜(例如,11,26),包括最近提议Tubulohyalichnus ichnogenus和相关ichnospecies,尤其是ichnospeciesTubulohyalichnus simplus迈克劳林et al。28)可以在许多(如果不是大多数)情况下由我们的简单的模型有效地驳斥了alpha-recoil跟踪和裂变径迹etch-tunnelling(可能结合etch-tunnel增强压力的解决方案)。例如,比较在相同的规模,代表的例子Tubulohyalichnus simplus在图2 (a) 2 (c)时et al。28)数字代表alpha-recoil跟踪etch-tunnels的例子1 (b),1 (d),1 (f),7在目前的研究。

然后再是“旧”的例子titanite-mineralized管状纹理归因于微生物活动中还保留骨折愈合的枕状熔岩在太古代绿岩带的变质的利润率25,35,37,91年,94年)也可能仅仅代表优先腐蚀的保存(titanite-mineralized)残遗的辐射损伤和/或压力解决etch-tunnelling(即。非生物显微组织),在海水的侵蚀这些玄武岩形成玻璃枕头在太古代时期的利润。

因此,我们建议观察到全球分布的“管”和“颗粒”显微组织在潜艇的眼镜从> 40地质全球网站(例如,26,27,103年)可能不一定反映了全球lithoautotrophic微生物群落造成的生物腐蚀/ bioalteration火山玻璃,但是它可能只是反映了全球发生的U -和Th-bearing潜艇的眼镜146年)和相关的“无生命”腐蚀/解散辐射损伤的海水侵蚀etch-tunnelling结合压力的可能影响解决方案,因为这些眼镜的年龄下深化海洋(图16)。

在这一点上,重要的是要强调,还有一个更大的各种各样的其他更奇特的形态类型的微观隧道记录在潜艇全球眼镜(但不是在当前研究中发现),需要解释的起源,无论是“生物”或“非生物。“这包括螺旋/螺旋microtunnels,环状的microtunnels,和树突microtunnels(图4 - 6时et al。28]),连同其他几个复杂microtunnel品种记录最近在潜艇眼镜如夷为平地”花瓣形状的“隧道展示蜂巢或肋纹理,加冕和品种掌状的隧道,隧道展示septae [103年]。有人建议,其他一些复杂microtunnel品种可能是微生物活动的产物/微内径[28,103年)和一些目前指定为善意的微生物化石痕迹在玄武岩玻璃(如最近建立的遗迹化石物种Tubulohyalichnus spiralis,Tubulohyalichnus annularis,Tubulohyalichnus叶柄迈克劳林et al。28])。在这里,我们表明,这些其他形态microtunnels品种在火山玻璃也可能产生一些压力解etch-tunnelling过程(类似于中概述部分5。3)与微生物活动,这样他们可以代表螺旋/螺旋状,环状的,和树突压力解etch-tunnels(例如,形成没有辐射损伤?)。注意微观渠道的“注入”的想法地质流体进入玄武玻璃不是牵强,因为树突状纳米沟槽的模式发现在海底玄武岩玻璃泡壁最近被证明能够形成粘性流体机械过程的指法,产生本质上的“注入”狭窄(~ 50 - 75纳米宽)手指热玄武岩岩浆蒸汽进入玻璃在淬火玻璃在枕头喷发(见同伴研究囊泡内nanogrooves dsdp - 418 a玄武岩玻璃(107年])。无论如何,使用高频实验etch-tunnelling石英也导致微米尺寸的螺旋的形成/螺旋microtunnels [116年)在本质上是类似的,发现玄武岩玻璃(如图5所示的迈克劳林et al。28]),因此非生物解释微观etch-tunnelling等解决方案etch-tunnelling压力,注入,甚至可能粘性指法(参看树突式微通道记录在法国和Muehlenbachs [107年])也应该寻求其他的起源(更多的)品种的microtunnel玄武岩玻璃(即。,螺旋/螺旋,环状的,和树突等形式)。

自然的发现蚀刻裂变轨道和alpha-recoil跟踪在海底玄武岩的玻璃在这项研究其他领域的研究有重要意义,包括地质年代学(alpha-recoil跟踪和裂变径迹约会),辐射损伤的影响在岩石风化和腐蚀过程,矿物质,和眼镜,和天体生物学的火星探索(例如,评估腐蚀的起源和可能的biogenicity / abiogenicity显微组织在火星发现眼镜),并提供了一个理想的自然实验室对于理解核废料的长期破坏和腐蚀眼镜存储在深地质储存库,所有我们的地址在下面四个部分6.2- - - - - -6.5。

6.2。识别自然在海底玄武岩玻璃蚀刻裂变轨道:上下文的更广泛的领域内裂变径迹约会

6.2.1。实验背景蚀刻裂变轨道在矿物质和眼镜

的实验etch-tunnelling裂变轨道是经常进行的裂变径迹的研究年龄测定各种地质材料,包含跟踪U(数据3 (b)和3 (c)),这包括锆石等矿物(212年],磷灰石[213年],独居石[149年],榍石[148年],榍石[214年),和俄国人的207年),各种自然眼镜包括枕头洋中脊玄武岩的玻璃边缘125年,147年在海洋沉积物[],玻璃碎片140年和火山灰的床128年),玄武岩火山石英玻璃包裹体(215年),似曜岩类(216年- - - - - -219年),和黑曜石的文物220年)以及研究硼硅酸盐核废料眼镜(138年,144年)和其他合成材料作为裂变径迹探测器”(如邻苯二甲酸二烯丙酯树脂221年)和cr - 39塑料(222年]。暴露的表面抛光或者乳沟腐蚀剂优先溶解矿物或玻璃受损地区自发裂变的结果^238年U(图3)或诱发裂变的^235年U与热能中子辐射引起的示例(图从一个核反应堆3 (b)-对)[202年,223年,224年)(注:强腐蚀剂如高频、HNO₃、盐酸或氢氧化钠的解决方案通常使用在约会裂变径迹的研究中,虽然弱etchants-such去离子的水也被用来揭示裂变轨道在硅酸盐眼镜(例如,图3 (d))[138年])。裂变碎片导致线性损伤跟踪(图3(一个))范围etchable长度取决于许多因素,包括主机矿物学和组成(225年,226年],裂变碎片质量[225年,227年],晶体取向[228年),腐蚀时间和效率(222年),热退火的程度可能发生[229年]。例如,意味着etchable原始裂变轨道的长度(如未退火的或诱导跟踪)~ 8 - 9μ年的火山玻璃(图3 (b);图1在Sandhu et al。198年];图8在韦斯特盖特(b)和使用199年];阿里亚斯et al。126年];Sandhu和韦斯特盖特(128年])和玻陨石(图1和图2 Storzer和瓦格纳218年)~ 11μ米在锆石212年,230年)~ 16μ在磷灰石(213年,~ 20μ米云母(207年,229年),尽管实验蚀刻(即“化石”。,自发的) fission tracks may be substantially shorter in each case, especially due to annealing and track fading [126年,128年,207年,212年,213年,229年,230年]。对自然和合成硅酸盐玻璃表现出广泛的化学成分,充分显示的长度(即。(蚀刻)裂变轨道持续公布~ 6 - 9μ米长(例如,数据3 (b),3 (d),3 (e)),包括那些在水化硅的火山玻璃碎片128年),似曜岩类(包括:澳大利亚玻陨石216年,231年],贝迪亚玻陨石[218年],indochinite [216年),和绿玻陨石128年,219年考古文物[]),黑曜石220年),流纹岩玻璃(232年)、疏浚和钻的玄武岩样品玻璃枕头利润率(125年,127年),和眼镜从火山流和玻璃碎片夹层内沉积物(126年)——他们在玄武岩腐蚀更快比眼镜SiO较高的玻璃₂内容(144年]。正如上面突出的部分3.4.2,典型的大小完全在火山玻璃蚀刻“原始”裂变轨道(和玻陨石)~ 8 - 9μ米长(图3 (b)(126年,128年];图1在Sandhu et al。198年];图8在韦斯特盖特(b)和使用199年];在Storzer和瓦格纳(图1和图2218年])。

在etch-tunnelling裂变轨道实验室,蚀刻轨道宽度随时间呈线性增长(212年,222年),当完整的轨道长度显示以最小的过腐蚀他们的顺序~ 1μ米宽(212年,221年]。因此,在~ 1 - 2μ~ 8米宽μ米长,自然形成的裂变径迹etch-tunnels dsdp - 418 a玄武岩中确定玻璃在这项研究中(数据11,13,15)与预期相一致的尺寸完全在火山玻璃蚀刻裂变轨道(和玻陨石)(见1:1规模比较图3 (e)),这增加了对我们的解释的支持,这些到蛀牙在glass-palagonite接口(例如,图13)实际上是自然蚀刻裂变轨道。裂变轨道在火山/影响蚀刻在实验室的眼镜,通常表现出指出“锥形”轨道的形状在蚀刻(起初),但是一旦腐蚀坑的跟踪(即。,当完全蚀刻),etch-pits然后逐步承担更多的圆形(扩展的球状球形)形状(图2.6在瓦格纳和Van den高级219年面向]),这样裂变轨道的垂直于抛光面看起来像圆时完全侵蚀,而斜角度的样子拉长椭圆(图3 (b);图2.7和6.7在瓦格纳和Van den高级(219年])。同样,裂变径迹etch-tunnels标识在dsdp - 418 a玄武岩玻璃(图13)的技巧和被认为是“完全蚀刻/显示”裂变轨道,这也表现出一个圆形的外观时分割的高角度(即。,当查看端点的:数据13(d)和13(f))和伸长形状浅角交叉时(例如,数据13(一)-13(c)13(f))。但是一个椭圆的检查这个地质环境,自然蚀刻裂变轨道承担全面“哑铃”或“花生”形状(数字3 (e)和13)——这是解释为反映syn - postdissolutional柱头(图13(f))反应发生在高围压条件下,这些眼镜是在裂变径迹蚀刻(即接受。,the elongate etch-tunnel has attempted—but failed—to pinch itself off as two smaller spheres that would ultimately have less surface energy and thus be more stable—a process that commonly takes place in tubular or planar fluid inclusions within minerals [122年,233年])。

6.2.2。添加到已知的记录自然蚀刻裂变轨道在矿物质和眼镜

是早就指出,尽管他们可能普遍发生,报告的自然蚀刻裂变轨道是罕见的138年,234年),促使一些适当的注意,考虑到大量的潜在的裂变轨道在古代U-bearing矿物质和眼镜”可以想知道为什么如此优惠蚀刻的裂变轨道在自然系统中从未被报告过。“(138年]。提出一些可能的原因来解释这个明显缺乏自然蚀刻裂变轨道包括识别困难自然蚀刻裂变轨道由于矿物表面的粗糙的性质在微米范围内,可裂变元素的低浓度在许多自然的眼镜,和许多古老的低溶解率U-bearing矿物质,含有丰富的裂变轨道(如锆石和独居石)。然而,在这个时间点上,实际上有几个记录自然地质样品中蚀刻裂变轨道的情况下,包括外表面风化榍石谷物从ca。450毫安科勒雷恩花岗岩,西澳大利亚州(148年),发生在晚白垩世的磷灰石晶体Kunon深成岩体,漳州火成岩复杂,中国东南部[150年),这些自然形成的腐蚀引起的体液循环以及骨折内~ 1 Ma来历不明的独居石(149年),也可能在石英颗粒边界的自然矿物在欧克陆核反应堆,加蓬(138年,234年]。因此,~ 1 - 2μ~ 8米宽,μ米长,裂变径迹etch-tunnels确定418年DSDP玄武岩玻璃在这项研究(数据11,13,15)再加上相对稀疏的记录和代表第一个记录发生的自然侵蚀裂变轨道在玄武岩玻璃(或者,换句话说,任何其他类型的天然玻璃)。这一发现提供了新的证据,自然蚀刻裂变轨道可能相当广泛的地球上(即。,within a wide variety of possible U-bearing minerals and glasses that have been subjected to subaqueous weathering and dissolution); it is just that we have been relatively slow to recognize them thus far. Further evidence to support this idea comes from the bimodal distribution of “granular” palagonite alteration observed in some partially palagonitized submarine glasses (Figure20 (c)(50]),这可能源于相对较少的优惠palagonitization大裂变轨道以及众多小alpha-recoil跟踪(图20 (c))在海水的渗透。

6.3。识别自然海底玄武岩玻璃蚀刻Alpha-Recoil跟踪:上下文的更广泛的领域内Alpha-Recoil跟踪约会

6.3.1。增加自然蚀刻Alpha-Recoil跟踪记录的矿物质和眼镜

同样的,有许多直接和间接的证据表明的自然腐蚀alpha-recoil跟踪在矿物质是地球上一种普遍的现象141年),包括,例如,不规则的腐蚀方面与优惠变更/高U -风化和Th-bearing无定形域在锆石(例如,图7(一)插图BSE图像;图9”(193年];附录A在法国194年];图1 (d)在法国195年])或某些放射性核素的浸出(例如,^234年U和放射Pb) alpha-recoil跟踪锆石中受损的网站(例如,141年,235年])。因此,发现alpha-recoil跟踪etch-tunnels glass-palagonite接口在海底玄武岩的玻璃在这项研究(容易通过偏光显微镜观察:数字1 (b),1 (d),1 (f),7,9 (n),9 (o);通过SEM:数字9,11- - - - - -13,15)提供了新的“microtextural证据”这可能在全球范围内广泛的腐蚀过程,代表了第一个记录发生的自然形成的alpha-recoil跟踪etch-tunnels (ARTETs)在任何类型的地质材料。此外,观察到细粒度的橙玄玻璃艺术改变418 glass-palagonite接口DSDP玄武岩玻璃可以解释众多的优惠palagonitization alpha-recoil跟踪(图10也看到部分3.3。2)提供了进一步的证据,alpha-recoil跟踪蚀刻/腐蚀是一个重要的过程发生在海底玄武岩glass-possibly在全球范围内广泛分布的U -和Th-bearing潜艇海洋地壳的眼镜146年]和microtunnels和颗粒改变纹理的广泛发生在海底火山眼镜(例如,26,27,103年])。

再。影响Alpha-Recoil跟踪约会自然眼镜

与裂变,alpha-recoil跟踪在地质样品的磁录密度可以利用geochronometer,当跟踪了化学腐蚀在实验室学然后counted-although这个技术目前只适用于非常年轻的火山云母(即。,< 1 Ma金云母)由于相对快速积累alpha-recoil追踪和简单的蚀刻那些暴露解理云母表面(图相交4(b))129年- - - - - -134年]。因此,自然的发现蚀刻alpha-recoil痕迹~ 120.60 Ma玄武岩玻璃在这项研究开辟了第一次开展地质年代学的研究火山的可能性/影响眼镜,黑曜石考古文物使用alpha-recoil tracks-originally建议是值得追求的如果alpha-recoil跟踪被发现在火山玻璃(130年]。如前所述,alpha-recoil追踪的启示实验化学腐蚀只被应用于云母(129年),这是部分原因是完全平解理云母表面提供理想的表面化学腐蚀的微弱和小(~ 120 nm直径)核tracks-avoiding需要生成平面抛光和机械abrasion-as进行如磷灰石裂变径迹的研究年龄测定矿物,锆石,眼镜和榍石,特别是火山/影响。因此,如果实验化学腐蚀火山玻璃的潜在alpha-recoil跟踪过(这是超出了本研究的范围),我们建议应该进行新破碎断裂表面(即。,generated in the laboratory) that are suitably flat and fresh, to avoid the possible destructive impact that polishing with fine abrasive powders would have on the revelation of such tiny damage tracks on an artificially “polished” surface (i.e., see polishing “scratches” in Figure3 (d))。同样重要的是要强调自然形成alpha-recoil跟踪etch-tunnels dsdp - 418 a玄武岩中确定玻璃在这项研究中被自然“蚀刻”相当高的静水压力条件下(~ 29 - 62 MPa),所以alpha-recoil追踪的“自然”启示这些火山的眼镜可以在一定程度上促进了上覆水体的巨大重量(大西洋)。这也可以解释为什么尽管几十年的裂变径迹的自然年龄测定眼镜(例如,125年,126年,128年,140年,144年,147年,216年,219年,232年]),没有研究已经暗示可能存在蚀刻alpha-recoil跟踪实验室腐蚀抛光的研究样本的火山眼镜/影响。此外,当比较蚀刻(即加速度。优惠蚀刻率:,在那里是“跟踪”腐蚀率和是“将军”腐蚀率)alpha-recoil歌曲(0.0015;也就是说,高于0.15%)与裂变轨道(3000;也就是说,3000倍吗在莫斯科(!)145年),再次变得清楚为什么alpha-recoil追踪可能被忽视(或不显示)在许多先前的裂变径迹的研究自然年龄测定的眼镜。

6.4。对长期储存核废料玻璃的影响

核燃料循环的设想的最后步骤是高水平放射性废物固化,一般通过玻璃化它,随后安全存储材料在深层干燥地质库等盐穹顶,花岗岩,或粘土227年,236年]。核废料眼镜通常由40 - 50 wt。% SiO₂,10 - 15 wt。% B₂O₃,8-20 wt。% Na₂啊,有些分别,艾尔₂O₃、铁₂O₃曹,TiO₂,10 - 15 wt。%的高水平放射性废物(227年]。玄武岩玻璃被认为代表一个合适的自然分解的模拟核废料杯的点睛之笔,因为都有类似的SiO₂内容和相关的腐蚀速率和机制(135年,191年]。

大部分的辐射损伤在核废料眼镜包括alpha-recoil跟踪(227年,236年- - - - - -238年]。与α衰变在岩石和矿物132年,134年),每个女儿反冲核的动能(~ 0.7 keV /核子)失去通过与主机玻璃弹性碰撞,形成一个~ 30 - 50 nm长损坏的痕迹,包括原子位移(~ 1000129年,237年]。一些辐射损伤核废料眼镜也源于其他形式的自辐射包括α粒子本身,导致~ 200原子位移旅行~ 10 - 20范围μm,自发裂变轨道,这是非常罕见的相对于alpha-recoil跟踪但原因~ 40000 - 60000原子位移/裂变碎片,和β粒子导致平均不到一个原子位移/β衰变事件(227年,236年,238年]。

实验室评估的推断的核废料玻璃长时间(即行为。10000年或更长时间)是目前最重要的问题之一在核废物处理(193年]。如果地下水破坏存储库在未来的某个时候,特别重要的理解与水的相互作用,辐射受损地区旧玻璃因为浸出会优先发生在这些地区(227年]。这个问题的特殊利益长寿的锕系元素(例如,Np、Pu、我和Cm)在核废料眼镜会导致丰富的alpha-recoil损伤在放射性衰变(即实际长时间的存储时间。存储库中,大约10000年)(193年,236年]。在某种程度上,这个问题可以通过掺杂合成研究核废料眼镜等短暂的锕系元素^238年聚氨酯(半衰期为87.7年)在自辐射导致加速alpha-recoil损失,然后评估这些眼镜的稳定性238年]。

DSDP 418提供的自然系统玄武岩玻璃枕头利润率这里描述代表了一种特殊的模拟这种类型的长期调查的核废料玻璃稳定,因为玻璃~ 1.206亿岁(年龄约束见图5 (c),5 (d)和部分2.2),包含丰富的alpha-recoil跟踪(148000000 alpha-recoil跟踪/厘米²)和裂变轨道(1310裂变轨道/厘米²新鲜的),包含地区玻璃以及玻璃已经被优先腐蚀影响辐射损伤(例如,数据7和9- - - - - -12),一直在持续暴露于seawater-possibly时尚自白垩纪早期。这些玄武岩的古代玻璃枕头利润率也在一定程度上补偿相对较低浓度的玻璃U和Th(例如,0.032 - -0.042 ppm U和0.108 - -0.132 ppm Th:表1)~ 10 - 15 wt相比。%的高水平放射性废物通常出现在硼硅酸盐核废料眼镜(227年),这是显示的观察(除了压裂的模式在玻璃)裂变轨道和的分布特别是alpha-recoil跟踪是主要因素在控制的结构发展橙玄玻璃变更/解散(即。、腐蚀)前(数字10和15)。裂变轨道和alpha-recoil跟踪通过离子注入(模拟)已知大大增加硼硅的腐蚀率核废料眼镜在水(例如,图3 (d))[137年,138年]。因此,发现自然形成的裂变径迹etch-tunnels(图13),alpha-recoil跟踪etch-tunnels(图12),颗粒橙玄玻璃艺术变更(图10)引起的海水入侵发展到玄武玻璃418 DSDP尤其相关理解核废料玻璃的长期行为,特别是考虑到相对较低(约少一百万倍)alpha-recoil剂量的这些自然潜艇眼镜(ca。10¹⁸α衰变/ m³)相比,加速长期研究中观察到的合成核废料眼镜掺杂短暂的锕系元素(例如,ca。10²⁴α衰变/ m³(238年])。

因此,基于我们的自然腐蚀(即观测明显。,etch-tunnelling and palagonitization) of radiation damaged sites in fresh basaltic glass at DSDP 418A, we highlight that deep burial of high level nuclear waste glasses in geological repositories should probably be avoided altogether to prevent dangerous radionuclides from leaking out into Earth’s biosphere during the aging and associated physical breakdown of such nuclear waste glasses—should a repository be breached by subsurface groundwaters in the future.

6.5。对火星的探索天体生物学的的影响

最近的研究表明,复杂的显微组织变化在地球上的火山玻璃(即常见。,细粒度的和管状bioalteration textures) should be sought as possible target biosignatures to look for in Martian glasses during future astrobiology missions to Mars, and possibly even other solar system bodies such as Europa [12]。虽然确实etch-tunnels“管”和“颗粒”玄玻显微组织在潜艇眼镜配合典型微生物的大小(即认为是主要的原因为什么他们被认为是生物在产地:例如,(26]),在这里,我们强调这些玄武岩玻璃的腐蚀显微组织也,顺便说一句,同样大小的裂变轨道和alpha-recoil跟踪(例如,图11 (d))和/或表现出类似的面密度和分布(例如;数据10(e),10(f),10(h),10(我),15(c)15(d))。因此,复杂的“非生物腐蚀显微组织描述从418年DSDP洞玄武岩在这项研究中(即玻璃枕头的利润率。alpha-recoil跟踪etch-tunnels:数字7,9,12;裂变径迹etch-tunnels:图13;和颗粒橙玄玻璃艺术改变:图10)是重要的陆地模拟火星样本,因为,如果存在,这些非生物腐蚀显微组织可能容易误认为是生物活性(即的迹象。火星上的微生物钻孔/ bioalteration)(以法国和布莱克(突出显示111年),法国和布雷克(112年),法国(113年])。因此,如果此类复杂腐蚀显微组织中发现的火星样本眼镜获得在未来的样品返回,机器人探测器,或载人火星任务,与目前的研究相比,他们会不是过去的火星上的微生物(即的迹象。、微生物“痕迹化石”)。

的可能性alpha-recoil跟踪etch-tunnels,裂变径迹etch-tunnels,粒状橙玄玻璃艺术改变可能发生在火山/眼镜火星表面的影响被认为是很有可能。这部分归功于丰富的遥感夏威夷式盾火山活动的证据,洪水火山活动,巨大的堤坝成群萨希斯和极乐世界区域(239年,240年)和广泛分布的证据地面冰和过去的行动表面液态水的包括流域系统的发展,流出渠道,和可能的海洋158年,159年]。光谱测量火星轨道航天器和地球的望远镜一直显示表面成分符合风化镁铁质火成岩,是相似的,例如,到相应的光谱为夏威夷palagonitic土壤从莫纳克亚山151年,156年,241年]。影响成坑,发生在全球大部分地区的火星的地质历史242年),还提供了一个可行的机制,形成丰富,广泛分布影响眼镜通过小球的形成和散射的影响。它也表明,玄武岩岩浆与地面冰或冰川的互动可能会导致大量的玄武岩的形成玻璃火星上凝灰岩沉积,最终提供大量的橙玄玻璃通过后续的变更和火星土壤风化(151年,243年]。火星表面也被分为两个截然不同的岩石学领域沿行星二分法的基础上,光谱数据,包括玄武岩成分主要由斜长石和斜辉石和安山成分主要由斜长石和火山玻璃153年]。遥感数据也表明,在中间火星历史上,北极和乌托邦盆地在北半球可能包含一个海洋可能深达1680 ~ (159年]。因此,也有可能玄武岩/影响玻璃在火星上可能存在在深水和因此遭受高的静水压力的影响在优惠etch-tunnelling辐射受损的网站,类似于非生物腐蚀显微组织的形成条件从418年DSDP玄武岩玻璃(图16)。

因此,在未来的太空生物学火星任务,评估可能的biogenicity纳米-微型隧道或纳米纤维中确定火星眼镜应该首先进行评估的可能性(a)隧道alpha-recoil跟踪etch-tunnels或裂变径迹etch-tunnels;(b)是否压力的解决方案(或其他类型的非生物腐蚀过程)可能发挥了作用形成;和(c)的纳米丝是否自生imogolite管,我们建议在这里nanofilaments观察几418年DSDP etch-tunnels玄武岩玻璃(数据12(g),12(h),17 (c),17 (f))。

同样重要的是要突出在这一点上,一个完全不同的各种abiotically产生分支纳米通道也被描述在一个同伴研究玄武岩玻璃枕头利润率从418年DSDP(图(21日)(107年])。树突的分支模式在研究纳米凹槽内表面的描述一些泡的样品418 - 75 - 3 -[120 - 123](即。,同样的枕头边缘样品目前的研究),它似乎已经由粘性指法的非生物过程形成的。这些凹槽~ 50 nm深,50 - 75纳米宽,和个人分支结束略大终端的灯泡,测量150 - 300纳米,这使得它们规模类似alpha-recoil追踪etch-tunnels从这项研究(见规模比较数据(21日)和21 (b))。特别是,这些树突状纳米凹槽代表冻粘手指的岩浆流体注入的热壁囊泡在冷却期间通过玻璃化转变枕头喷发(107年),他们代表了另一种形式的非生物树突微通道可能在火星发现眼镜,这可能也可能错误的另一种形式的火星上的微生物化石痕迹。因此,在火星的天体生物学的勘探,任何分支泡壁在火星上发现的纳米通道的眼镜也应该与非生物的记录在我们的同伴DSDP 418研究玄武岩玻璃(图(21日)(107年])。

总结所有这些不同种类的复杂的“非生物显微组织发现418年DSDP玄武岩玻璃枕头利润看起来明显生物但需要如图21,包括树突nanogrooves泡壁(图(21日)),alpha-recoil跟踪etch-tunnels(数字21 (b)和21 (g)),裂变径迹etch-tunnels(图21 (c)),颗粒橙玄玻璃艺术变更(图21日(d)),alpha-recoil跟踪etch-tunnels受到长时间的过腐蚀(数字21 (e)和21(我)),自生imogolite丝(图21 (f))和橙玄玻璃的手指(叠覆ARTETs;图21 (h))。注意,自生imogolite丝(图21 (f))有可能被误认为是某些biofilaments相似的规模和形式,如nanofilaments发现在细菌产生的胞外多糖dessicated粘液(见封面的照片巴克et al。244年),甚至丝状股DNA(参见图1在Anselmetti et al。245年]),巧合的是有相同的直径(20)和长而灵活,丝状自然imogolite [111年,139年,246年]。因此,我们强调,所有这些不同的“非生物显微组织中发现潜艇眼镜DSDP 418(图21)也可以发现在火星上的火山/影响眼镜,所以,在未来的天体生物学火星任务,应特别注意评估可能的非生物起源等功能是否最终发现,地球上类似的显微组织。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

Karlis Muehlenbachs(阿尔伯塔大学地球和大气科学学系)期间感谢他的评论和建议收集科学数据和提供金融支持,这个项目通过加拿大自然科学和工程研究委员会。作者感谢乔治Braybrook(地球和大气科学、阿尔伯塔大学)和凯西加藤(NASA艾姆斯研究中心)援助与SEM研究和安东尼奥Simonetti(圣母大学)帮助与icp分析进行放射性同位素设施(地球和大气科学、阿尔伯塔大学)。杰森·e·法国要感谢托马斯·查柯和杰里米·p·理查兹(地球和大气科学、阿尔伯塔大学)提供偏光显微镜和相机(显微)设备在岩石薄片的工作。此外,杰森·e·法国要感谢美国宇航局行星使SEM研究生物学实习项目cosponsorship下美国宇航局艾姆斯研究中心的大卫·f·布雷克和大卫·j·德斯马莱士7月/ 1999年8月。

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