Štúdia naznačuje, že zemský kyslík pochádzal z neočakávane hlbokého a horúceho zdroja

Množstvo kyslíka v atmosfére Zeme z nej robí obývateľnú planétu.

Dvadsaťjeden percent atmosféry tvorí tento životodarný prvok. Ale v hlbokej minulosti – až do Neoarcheanskej epochy, pred 2,8 až 2,5 miliardami rokov – tento kyslík takmer chýbal,

Ako sa teda zemská atmosféra okysličila?

náš výskumVydaný v prírodná geológiapridáva novú zaujímavú možnosť: že aspoň časť skorého zemského kyslíka pochádzala z tektonického zdroja prostredníctvom pohybu a deštrukcie zemskej kôry.

tajomná zem

Archejská éra predstavuje jednu tretinu histórie našej planéty, pred 2,5 miliardami rokov až pred 4 miliardami rokov.

Táto mimozemská zem bola pokrytá vodným svetom zelený oceánponorený do a metánový opara úplne postráda mnohobunkový život. Ďalším exotickým aspektom tohto sveta bola povaha jeho tektonickej aktivity.

Na modernej Zemi sa dominantná tektonická aktivita nazýva platňová tektonika, kde oceánska kôra – vonkajšia vrstva Zeme pod oceánmi – klesá do zemského plášťa (oblasť medzi zemskou kôrou a jej jadrom) v bodoch konvergencie, čo sa nazýva subdukčná zóna. ,

Existuje však značná diskusia o tom, či dosková tektonika fungovala už v archeánskej ére.

Charakteristickým znakom moderných subdukčných zón je ich spojenie oxidované magmy,

Tieto magmy vznikajú pri oxidácii sedimentov a spodnej vody – studenej, hustej vody pri dne oceánu – zavedené do zemského plášťa, Produkuje magmu s vysokým obsahom kyslíka a vody.

Náš výskum sa zameral na testovanie, či neprítomnosť oxidovaného materiálu v archeanských podlahových vodách a sedimentoch môže zabrániť tvorbe oxidovanej magmy.

Detekcia takejto magmy v neoarcheanských magmatických horninách môže poskytnúť dôkaz, že subdukcia a dosková tektonika nastali pred 2,7 miliardami rokov.

Experimentujte

Zhromaždili sme vzorky 2 750 až 2 670 miliónov rokov starých žulových hornín zo subprovincie Abitibi-Wawa v provincii Superior – najväčší zachovaný archeský kontinent siahajúci 2 000 kilometrov (1 243 míľ) od Winnipegu v Manitobe až po ďaleký východ Quebecu. .

To nám umožnilo skúmať úroveň oxidácie magmy vytvorenej v neoarcheánskej ére.

Je náročné zmerať oxidačný stav týchto magmatických hornín, ktoré vznikajú ochladzovaním a kryštalizáciou magmy alebo lávy. Udalosti po kryštalizácii mohli tieto horniny modifikovať následnou deformáciou, pochovaním alebo zahrievaním.

Tak sme sa rozhodli pozrieť minerál apatit ktorý je prítomný v zirkónový kryštál v týchto skalách.

Kryštály zirkónu môžu odolať intenzívnym teplotám a tlakom post-kryštalizačných udalostí. Zachovávajú si informácie o prostrediach, v ktorých pôvodne vznikli, a poskytujú presný vek samotných hornín.

V kryštáloch zirkónu sú zachytené drobné kryštály apatitu, ktoré sú široké menej ako 30 mikrónov – veľkosť bunky ľudskej kože. Obsahujú síru. Meraním množstva síry v apatite môžeme zistiť, či sa apatit vyvinul z oxidovanej magmy.

sa nám podarilo úspešne zmerať intenzita kyslíka Pôvodná archaeská magma – ktorá v podstate obsahuje stopové množstvá voľného kyslíka – bola charakterizovaná pomocou špeciálnej techniky nazývanej röntgenová absorpčná spektroskopia v blízkosti okraja (XMS).S-XANES) na Advanced Photon Source Synchrotron Národné laboratórium Argonne v Illinois,

Výroba kyslíka z vody?

Zistili sme, že obsah síry v magme, ktorý bol pôvodne takmer nulový, sa za približne 2705 miliónov rokov zvýšil na 2000 častíc na milión. To naznačovalo, že magma sa stala viac sírovou.

okrem toho, Prevaha S6+ v apatite – druh sírového iónu naznačuje, že síra zodpovedá oxidovanému zdroju Údaje z hostiteľského kryštálu zirkónu.

Tieto nové zistenia naznačujú, že oxidované magmy vznikli v neoarcheánskej ére, pred 2,7 miliardami rokov. Údaje naznačujú, že nedostatok rozpusteného kyslíka v archaických oceánskych nádržiach nezabránil tvorbe oxidovanej magmy bohatej na síru v subdukčných zónach.

Kyslík v týchto magmách musel pochádzať z nejakého iného zdroja a nakoniec sa uvoľnil do atmosféry počas sopečných erupcií.

Zistili sme, že výskyt týchto oxidovaných magmat súvisí s hlavnými udalosťami mineralizácie zlata v provincii Superior a Yilgaran Craton (západná Austrália), čo dokazuje spojenie medzi týmito okysličenými zdrojmi a celosvetovou tvorbou ložísk rúd.

Dôsledky týchto oxidovaných magm presahujú chápanie ranej geodynamiky Zeme. Predtým sa predpokladalo, že archaeská magma nemôže byť oxidovaná, keď morská voda A horniny alebo sedimenty morského dna neboli

Zatiaľ čo presný mechanizmus nie je jasný, výskyt týchto magm naznačuje, že proces subdukcie, kde sa oceánska voda prenáša stovky kilometrov na našu planétu, vytvára voľný kyslík. Potom oxiduje horný plášť.

Naša štúdia naznačuje, že archaeanská subdukcia mohla byť dôležitým, neočakávaným faktorom pri oxidácii Zeme. Dýchanie kyslíka pred 2,7 miliardami rokov a tiež Veľká oxidačná udalosť, ktorá znamenala nárast atmosférického kyslíka o dve percentá z obdobia pred 2,45 na 2,32 miliardy rokov,

Pokiaľ vieme, Zem je jediným miestom v slnečnej sústave – minulej alebo súčasnej – s platňovou tektonikou a aktívnou subdukciou. To naznačuje, že táto štúdia môže v budúcnosti čiastočne vysvetliť nedostatok kyslíka a nakoniec života na iných kamenných planétach.

David MollPostdoktorand, vedy o Zemi, Laurentian University, Adam Charles SimonArthur F. Thurnau profesor vedy o Zemi a životnom prostredí, University of MichiganA zhuang mengPostdoktorand, vedy o Zemi a životnom prostredí, University of Michigan

Tento článok je znovu publikovaný z Konverzácia Pod licenciou Creative Commons. čítať pôvodný článok,