Množstvo kyslíka v atmosfére Zeme z nej robí obývateľnú planétu.

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

Ako sa teda zemská atmosféra okysličila?

Náš výskumVydaný v Prírodné vedy o Zemidodáva vzrušujúcu novú možnosť: že aspoň časť skorého zemského kyslíka pochádzala z tektonického zdroja prostredníctvom pohybu a deštrukcie zemskej kôry.

Archejská zem

Archejský eón predstavuje tretinu histórie našej planéty pred 2,5 miliardami rokov až pred 4 miliardami rokov.

Táto zvláštna krajina bola krytým vodným svetom zelené oceányzahalený v metánový opara úplne chýba v mnohobunkovom živote. Ďalším zvláštnym aspektom tohto sveta je povaha jeho tektonickej aktivity.

Na modernej Zemi sa dominantná tektonická aktivita nazýva platňová tektonika, kde sa oceánska kôra – najvzdialenejšia vrstva pevniny pod oceánmi – ponorí do zemského plášťa (oblasť medzi zemskou kôrou a jadrom) v miestach stretnutia nazývaných subdukčné zóny.

Existuje však značná diskusia o tom, či sa dosková tektonika vrátila v archeánskej ére.

Jednou z vlastností nedávnych subdukčných zón je ich konektivita oxidovaná magma.

Táto magma sa tvorí, keď sa v blízkosti dna oceánu tvoria oxidované sedimenty a spodné vody – studené, husté vody. vložené do zemského plášťa. Vzniká tak magma, ktorá má vysoký obsah kyslíka a vody.

Náš výskum je zameraný na testovanie, či absencia oxidantov v archeanských spodných vodách a sedimentoch môže zabrániť tvorbe oxidovaných magm.

Identifikácia takejto magmy v nových vyvrelých horninách by mohla poskytnúť dôkaz, že subdukcia a dosková tektonika nastali pred 2,7 miliardami rokov.

Skúsenosti

Zozbierali sme vzorky 2 750 až 2 670 miliónov rokov starých žulových hornín z celého subdistriktu Abitibi Wawa v Hornej provincii – najväčšieho zachovaného archejského kontinentu, ktorý sa tiahne viac ako 2 000 kilometrov (1 243 míľ) od Winnipegu v Manitobe na ďaleký východ. . Quebec.

To nám umožnilo preskúmať úroveň oxidácie magmy generovanej počas nového veku.

Meranie oxidačného stavu týchto magmatických hornín – vytvorených ochladzovaním a kryštalizáciou magmy alebo lávy – je náročné. Udalosti po kryštalizácii mohli tieto horniny modifikovať deformáciou, zakopaním alebo následným ohrevom.

Rozhodli sme sa teda pozrieť na Minerál apatit Nachádza sa v zirkónové kryštály v týchto skalách.

Zirkónové kryštály dokážu vydržať extrémne teploty a tlaky pri postkryštalizačných udalostiach. Majú stopy o prostrediach, v ktorých boli pôvodne vytvorené, a poskytujú presné vek samotných hornín.

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

Podarilo sa zmerať únik kyslíka pôvodnej archejskej magmy – čo je v podstate množstvo voľného kyslíka v nej – pomocou špecializovanej techniky nazývanej röntgenová absorpčná spektroskopia v blízkosti štruktúry okraja (S-XANES) v pokročilom zdroji fotónov Synchrotrónu Národné laboratórium Argonne v Illinois.

produkovať kyslík z vody?

Zistili sme, že obsah síry v magme, ktorý bol pôvodne približne nulový, sa pred približne 2 705 miliónmi rokov zvýšil na 2 000 ppm. To naznačuje, že magma sa stala bohatou na síru.

Okrem toho, Prevaha S6 + – druh sírového iónu – v apatite Navrhol, že síra bola z oxidovaného zdroja, identického Údaje z hostiteľských kryštálov zirkónu.

Tieto nové zistenia naznačujú, že oxidované magmy vznikli v modernej dobe, pred 2,7 miliardami rokov. Údaje ukazujú, že nedostatok rozpusteného kyslíka v Archaeanských nádržiach nezabránil tvorbe oxidovanej magmy bohatej na síru v subdukčných zónach.

Kyslík v tejto magme musel pochádzať z iného zdroja a nakoniec sa dostal do atmosféry počas sopečných erupcií.

Zistili sme, že výskyt týchto oxidovaných magmas koreluje s hlavnými udalosťami mineralizácie zlata v Hornej provincii a Yilgarn Craton (Západná Austrália), čo dokazuje spojenie medzi týmito zdrojmi bohatými na kyslík a tvorbou ložísk rúd svetovej triedy.

Dôsledky tejto oxidovanej magmy presahujú pochopenie geodynamiky ranej Zeme. Predtým sa predpokladalo, že je nepravdepodobné, že by archejská magma oxidovala, ak áno oceánska voda A Skaly alebo sedimenty oceánskeho dna nebol.

Zatiaľ čo presný mechanizmus nie je jasný, výskyt tejto magmy naznačuje, že proces subdukcie, pri ktorom sa oceánska voda prepravuje stovky kilometrov na našu planétu, vytvára voľný kyslík. To následne oxiduje vrchný plášť.

Naša štúdia ukazuje, že archejská subdukcia môže byť neočakávaným životne dôležitým faktorom pri okysličovaní Zeme, a to skoro Kyslík fúkal pred 2,7 miliardami rokov tiež Veľká oxidačná udalosť, ktorá zaznamenala nárast atmosférického kyslíka o 2% z 2,45 na 2,32 miliárd rokov.

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

David Mallpostdoktorand, vedy o Zemi, Laurentian University; Adam Charles SimonArthur Thornow, profesor vied o Zemi a životnom prostredí, University of MichiganA Xuyang Mengpostdoktorand, vedy o Zemi a životnom prostredí, University of Michigan

Tento článok bol znovu publikovaný z Konverzácia Pod licenciou Creative Commons. Čítať Pôvodný článok.