Звідки на Землі взявся кисень? Нове дослідження натякає на несподіване джерело

кількість кисню Атмосфера Землі робить її планетою, придатною для життя.

Двадцять один відсоток атмосфери складається з цього життєдайного елемента. Але в далекому минулому – аж до сучасної ери, 2,8-2,5 мільярда років тому – Цей кисень майже був відсутній.

Отже, як атмосфера Землі наситилася киснем?

Наше дослідженняопублікована в Природничі науки про Землюдодає нову спокусливу можливість: принаймні частина раннього кисню на Землі надходила з тектонічного джерела через рух і руйнування земної кори.

Архейська земля

Архейський еон представляє третину історії нашої планети, від 2,5 мільярдів років тому до останніх чотирьох мільярдів років.

Ця дивна земля була покритим водним світом зелені океаниокутаний метанова імла, і повністю відсутній у багатоклітинному житті. Іншим дивним аспектом цього світу є природа його тектонічної активності.

На сучасній Землі домінуючу тектонічну активність називають тектонікою плит, де океанічна кора — зовнішній шар землі під океанами — занурюється в мантію Землі (область між земною корою та ядром) у точках зустрічі, які називаються зонами субдукції. Однак існують значні дебати щодо того, чи повернулася тектоніка плит в архейську еру.

Однією з особливостей сучасних зон субдукції є їх сполученість окислена магма. Ця магма утворюється, коли окислені відкладення та придонні води — холодні, щільні води — утворюються біля дна океану. введені в мантію Землі. Це створює магму з більшим вмістом кисню та води.

Наше дослідження має на меті перевірити, чи може відсутність окислювачів у архейських придонних водах і відкладах перешкоджати утворенню окислених магм. Ідентифікація такої магми в нових вивержених породах може надати докази того, що субдукція та тектоніка плит відбулися 2,7 мільярда років тому.

Досвід

Ми зібрали зразки гранітних порід віком від 2750 до 2670 мільйонів років із субрайону Абетепе-Вава Верхньої провінції — найбільшого збереженого архейського континенту, що простягається на 2000 кілометрів від Вінніпега, Манітоба, до далекого східного Квебеку. Це дозволило нам дослідити рівень окислення магми, який утворився протягом нового віку.

Виміряти ступінь окислення цих вивержених порід, утворених в результаті охолодження та кристалізації магми або лави, є складним завданням. Події після кристалізації могли змінити ці породи через деформацію, поховання або подальше нагрівання.

Отже, ми вирішили поглянути на мінерал апатитрозташований у кристали циркону в цих скелях. Кристали циркону можуть витримувати екстремальні температури та навантаження, викликані подіями після кристалізації. Вони зберігають підказки про середовище, в якому вони спочатку були сформовані, і визначають точний вік самих порід.

Крихітні кристали апатиту шириною менше 30 мікрон — розмір клітини людської шкіри — потрапили в кристали циркону. містять сірку. Вимірюючи кількість сірки в апатиті, ми можемо визначити, чи виріс апатит з окислених магм.

Нам вдалося поміряти вихід кисню первісної архейської магми – тобто скільки в ній вільного кисню – за допомогою спеціалізованої методики, яка називається спектроскопією рентгенівського поглинання поблизу структури обода (S-XANES) на вдосконаленому джерелі фотонів синхротрона Аргонська національна лабораторія в Іллінойсі.

утворення кисню з води?

Ми виявили, що вміст сірки в магмі, який спочатку був приблизно нульовим, збільшився до 2000 частин на мільйон приблизно 2705 мільйонів років тому. Це свідчить про те, що магма стала багатою на сірку. Крім того, Переважання S6 + – типу іонів сірки – в апатиті Він припустив, що сірка була з окисленого джерела, ідентична Дані з кристалів циркону.

Ці нові відкриття вказують на те, що окислені магми утворилися в сучасну епоху, 2,7 мільярда років тому. Дані показують, що брак розчиненого кисню в архейських резервуарах не перешкоджав утворенню багатої сіркою окисленої магми в зонах субдукції. Кисень у цій магмі, мабуть, надходив з іншого джерела та зрештою був випущений в атмосферу під час виверження вулкана.

Ми виявили, що поява цих окислених магм корелює з основними подіями мінералізації золота у Верхній провінції та кратоні Ілгарн (Західна Австралія), демонструючи зв’язок між цими багатими киснем джерелами та формуванням глобальних рудних родовищ.

Наслідки цієї окисленої магми виходять за рамки розуміння ранньої геодинаміки Землі. Раніше вважалося, що архейська магма менш схильна до окислення вода океану І Скелі або відкладення дна океану не був.

Хоча точний механізм не ясний, поява цієї магми вказує на те, що процес субдукції, під час якого океанська вода переноситься на сотні кілометрів на нашу планету, генерує вільний кисень. Потім це окислює верхню мантію.

Наше дослідження показує, що архейська субдукція може бути несподіваним життєво важливим фактором у насиченні Землі киснем, Подихи кисню 2,7 мільярда років тому так само Велика подія окислення, під час якої вміст кисню в атмосфері збільшився на 2% з 2,45 до 2,32 мільярда років тому.

Наскільки нам відомо, Земля — єдине місце в Сонячній системі — минулому чи теперішньому — з активною тектонікою плит і субдукцією. Це свідчить про те, що це дослідження могло б частково пояснити брак кисню і, зрештою, життя на інших скелястих планетах у майбутньому.

Ця стаття була спочатку опублікована Розмова Девід Молл в Лаврентійському університеті, і Адам Чарльз Саймон, і Сюян Мен з Мічиганського університету. Читати Оригінал статті тут.