_ Unde oxigenul Pământului provine? Un nou studiu sugerează o sursă neașteptată

Cantitatea de oxigen din atmosfera Pământului o face o planetă locuibilă.

Douăzeci și unu la sută din atmosferă este formată din acest element dătător de viață. Dar în trecutul profund – încă din era Neoarheană, cu 2,8 până la 2,5 miliarde de ani în urmă – acest oxigen era aproape absent.

Deci, cum s-a oxigenat atmosfera Pământului?

Noastre cercetare, publicată în Nature Geoscience, adaugă o nouă posibilitate tentantă: că cel puțin o parte din oxigenul timpuriu al Pământului a provenit dintr-o sursă tectonă prin mișcarea și distrugerea scoarței terestre.

Pământul arhean

Eonul arhean reprezintă o treime din istoria planetei noastre, de la 2,5 miliarde de ani în urmă până la patru miliarde de ani în urmă.

Acest Pământ extraterestru era o lume de apă, acoperită de oceane verzi, învăluită într-un ceață de metan și lipsită complet de viață multicelulară. Un alt aspect străin al acestei lumi a fost natura activității sale tectonice.

Pe Pământul modern, activitatea tectonică dominantă se numește tectonica plăcilor, unde crusta oceanică - stratul cel mai exterior al Pământului sub oceane - se scufundă în mantaua Pământului (zona dintre scoarța Pământului și nucleul său) în puncte de convergență numite zone de subducție. Cu toate acestea, există o dezbatere considerabilă cu privire la faptul dacă tectonica plăcilor a funcționat în epoca arheică.

O caracteristică a zonelor de subducție moderne este asocierea lor cu magmele oxidate. Aceste magme se formează atunci când sedimentele oxidate și apele de fund - apă rece și densă lângă fundul oceanului - sunt introduse în mantaua Pământului. Acest lucru produce magme cu conținut ridicat de oxigen și apă.

Cercetarea noastră a urmărit să testeze dacă absența materialelor oxidate în apele și sedimentele de fund arheean ar putea preveni formarea magmelor oxidate. Identificarea unor astfel de magme în rocile magmatice neoarheice ar putea oferi dovezi că subducția și tectonica plăcilor au avut loc acum 2,7 miliarde de ani.

Am colectat mostre din 2750- la roci granitoide vechi de 2670 de milioane de ani din subprovincia Abitibi-Wawa din provincia Superior — cel mai mare continent arhean conservat, care se întinde pe 2000 km de la Winnipeg, Manitoba, până în estul îndepărtat al Quebecului. Acest lucru ne-a permis să investigăm nivelul de oxidare al magmelor generate de-a lungul erei neoarheice.

Măsurarea stării de oxidare a acestor roci magmatice – formate prin răcirea și cristalizarea magmei sau a lavei – este o provocare. Evenimentele post-cristalizare ar fi putut modifica aceste roci prin deformare ulterioară, îngropare sau încălzire.

Așadar, am decis să ne uităm la apatita minerală care este prezentă în cristalele de zircon din aceste roci. Cristalele de zircon pot rezista temperaturilor și presiunilor intense ale evenimentelor post-cristalizare. Ei păstrează indicii despre mediile în care s-au format inițial și oferă vârste precise pentru rocile înseși.

Micile cristale de apatită, care au o lățime mai mică de 30 de microni - de dimensiunea unei celule ale pielii umane - sunt prinse în cristalele de zircon. Conțin sulf. Măsurând cantitatea de sulf din apatită, putem stabili dacă apatita a crescut dintr-o magmă oxidată.

Am reușit să măsurăm cu succes fugacitatea oxigenului a magmei arheene originale, care este în esență cantitatea de liber. oxigen din el — folosind o tehnică specializată numită Spectroscopie cu absorbție a razelor X în apropierea structurii marginii (S-XANES) la sincrotronul Advanced Photon Source de la Laboratorul Național Argonne din Illinois.

Crearea de oxigen din apă?

Am descoperit că conținutul de sulf în magmă, care a fost inițial în jurul valorii de zero, a crescut la 2000 de părți pe milion în aproximativ 2705 milioane de ani. Acest lucru a indicat că magmele au devenit mai bogate în sulf. În plus, predominanța S6+ – un tip de ion sulf – în apatită a sugerat că sulful provine dintr-o sursă oxidată, potrivindu-se cu datele de la cristalele de zircon gazdă.

Aceste noi descoperiri indică faptul că magmele oxidate nu forma în epoca neoarheică acum 2,7 miliarde de ani. Datele arată că lipsa oxigenului dizolvat în rezervoarele oceanului Archean nu a împiedicat formarea de magme oxidate bogate în sulf în zonele de subducție. Oxigenul din aceste magme trebuie să fi provenit dintr-o altă sursă și, în cele din urmă, a fost eliberat în atmosferă în timpul erupțiilor vulcanice.

Am descoperit că apariția acestor magme oxidate se corelează cu evenimente majore de mineralizare a aurului din Provincia Superior și Yilgarn Craton (Australia de Vest), demonstrând o legătură între aceste surse bogate în oxigen și formarea globală a zăcămintelor de minereu de clasă mondială.

Implicațiile acestor magme oxidate depășesc înțelegerea geodinamicii timpurii a Pământului. Anterior, se credea puțin probabil ca magmele arheene să poată fi oxidate, atunci când apa oceanului și rocile sau sedimentele de pe fundul oceanului nu erau.

Deși mecanismul exact este neclar, apariția acestor magme sugerează că procesul de subducția, unde apa oceanului este dusă la sute de kilometri în planeta noastră, generează oxigen liber. Acest lucru oxidează apoi mantaua de deasupra.

Studiul nostru arată că subducția arheană ar fi putut fi un factor vital, neprevăzut, în oxigenarea Pământului, apariția timpurii a oxigenului de acum 2,7 miliarde de ani și, de asemenea, Marele Eveniment de Oxidare. , care a marcat o creștere a oxigenului atmosferic cu două procente în urmă cu 2,45 până la 2,32 miliarde de ani.

Din câte știm, Pământul este singurul loc din sistemul solar – trecut sau prezent – ​​cu tectonica plăcilor și subducție activă. Acest lucru sugerează că acest studiu ar putea explica parțial lipsa de oxigen și, în cele din urmă, viața de pe celelalte planete stâncoase și în viitor.

Acest articol este republicat din The Conversation sub o licență Creative Commons. Citiți articolul original.

(Fluierul)