Skąd wziął się tlen na Ziemi? Nowe badanie wskazuje na nieoczekiwane źródło

ilość tlenu Ziemska atmosfera sprawia, że ​​jest to planeta nadająca się do zamieszkania.

Dwadzieścia jeden procent atmosfery składa się z tego życiodajnego pierwiastka. Ale w odległej przeszłości — aż do czasów nowożytnych, 2,8 do 2,5 miliarda lat temu — Ten tlen był prawie nieobecny.

Jak więc atmosfera ziemska została natleniona?

Nasze badaniaopublikowane w Nauki przyrodnicze o Ziemidodaje kuszącą nową możliwość: że przynajmniej część wczesnego tlenu na Ziemi pochodziła ze źródła tektonicznego poprzez ruch i zniszczenie skorupy ziemskiej.

Ziemia archaiczna

Archeański eon reprezentuje jedną trzecią historii naszej planety, od 2,5 miliarda lat temu do ostatnich czterech miliardów lat.

Ta dziwna kraina była pokrytym wodnym światem zielone oceanyowiany mgła metanowai całkowicie pozbawione życia wielokomórkowego. Innym dziwnym aspektem tego świata jest natura jego aktywności tektonicznej.

Na współczesnej Ziemi dominującą aktywnością tektoniczną jest tektonika płyt, w której skorupa oceaniczna – najbardziej zewnętrzna warstwa lądu pod oceanami – zatapia się w płaszczu Ziemi (obszar między skorupą ziemską a jądrem) w punktach styku zwanych strefami subdukcji. Jednak toczy się poważna debata na temat tego, czy tektonika płyt powróciła w erze archaiku.

Jedną z cech ostatnich stref subdukcji jest ich łączność utleniona magma. Ta magma powstaje, gdy utlenione osady i wody przydenne – zimne, gęste wody – tworzą się w pobliżu dna oceanu. włożona w płaszcz Ziemi. Powoduje to wytwarzanie magmy o wyższej zawartości tlenu i wody.

Nasze badania mają na celu sprawdzenie, czy brak utleniaczy w wodach dennych archeanu i osadach może zapobiegać tworzeniu się utlenionych magm. Identyfikacja takiej magmy w nowych skałach magmowych może dostarczyć dowodów na to, że subdukcja i tektonika płyt miały miejsce 2,7 miliarda lat temu.

Doświadczenie

Zebraliśmy próbki granitowych skał liczących od 2750 do 2670 milionów lat z całego podokręgu Abetepe Wawa w Górnej Prowincji – największego zachowanego kontynentu archeologicznego rozciągającego się na 2000 kilometrów od Winnipeg w Manitobie do dalekowschodniego Quebecu. To pozwoliło nam zbadać poziom utleniania magmy generowany w nowej epoce.

Pomiar stopnia utlenienia tych skał magmowych – powstałych w wyniku chłodzenia i krystalizacji magmy lub lawy – jest wyzwaniem. Zdarzenia pokrystalizacji mogły zmodyfikować te skały poprzez deformację, zakopanie lub późniejsze ogrzewanie.

Postanowiliśmy więc przyjrzeć się tzw minerał apatytpołożony w kryształki cyrkonii w tych skałach. Kryształy cyrkonu są w stanie wytrzymać ekstremalne temperatury i naprężenia wywołane zdarzeniami po krystalizacji. Posiadają wskazówki dotyczące środowisk, w których zostały pierwotnie uformowane, i dostarczają dokładny wiek samych skał.

Drobne kryształy apatytu o szerokości mniejszej niż 30 mikronów – wielkości komórki ludzkiej skóry – są uwięzione w kryształach cyrkonu. zawierać siarkę. Mierząc ilość siarki w apatycie, możemy określić, czy apatyt wyrósł z utlenionej magmy.

Udało nam się zmierzyć ucieczka tlenu oryginalnej magmy archeańskiej – czyli w zasadzie ilości wolnego tlenu w niej – przy użyciu specjalistycznej techniki zwanej rentgenowską spektroskopią absorpcyjną w pobliżu struktury obręczy (S-XANES) w Zaawansowanym Źródle Fotonów Synchrotronu Krajowe Laboratorium Argonne w Illinois.

produkuje tlen z wody?

Odkryliśmy, że zawartość siarki w magmie, która początkowo wynosiła około zera, wzrosła do 2000 ppm około 2705 milionów lat temu. Oznacza to, że magma stała się bogata w siarkę. Ponadto Przewaga S6+ – rodzaju jonu siarki – w apatycie Zasugerował, że siarka pochodziła z utlenionego źródła, identycznego Dane z kryształów cyrkonu żywiciela.

Te nowe odkrycia wskazują, że utleniona magma powstała w epoce nowożytnej, 2,7 miliarda lat temu. Dane pokazują, że brak rozpuszczonego tlenu w zbiornikach Archaean nie zapobiegł tworzeniu się bogatej w siarkę, utlenionej magmy w strefach subdukcji. Tlen w tej magmie musiał pochodzić z innego źródła i ostatecznie został uwolniony do atmosfery podczas erupcji wulkanów.

Odkryliśmy, że występowanie tych utlenionych magm koreluje z głównymi zdarzeniami mineralizacji złota w Górnej Prowincji i Yilgarn Craton (Australia Zachodnia), wykazując związek między tymi bogatymi w tlen źródłami a tworzeniem się globalnych złóż rudy.

Implikacje tej utlenionej magmy wykraczają poza zrozumienie geodynamiki wczesnej Ziemi. Wcześniej uważano, że magma archeańska jest mniej podatna na utlenianie, kiedy tak jest woda oceaniczna i Skały lub osady dna oceanicznego nie był.

Chociaż dokładny mechanizm nie jest jasny, występowanie tej magmy wskazuje, że proces subdukcji, w którym woda oceaniczna jest transportowana na setki kilometrów w głąb naszej planety, generuje wolny tlen. To następnie utlenia górny płaszcz.

Nasze badanie pokazuje, że subdukcja archaiczna może być nieoczekiwanym istotnym czynnikiem wczesnego natlenienia Ziemi Tlen unosił się 2,7 miliarda lat temu również Wielkie Zdarzenie Utleniania, w którym poziom tlenu w atmosferze wzrósł o 2% z 2,45 do 2,32 miliarda lat temu.

O ile nam wiadomo, Ziemia jest jedynym miejscem w Układzie Słonecznym – przeszłym lub obecnym – z aktywną tektoniką płyt i subdukcją. Sugeruje to, że badanie to może częściowo wyjaśnić brak tlenu i ostatecznie życia na innych skalistych planetach w przyszłości.

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany Rozmowa autorstwa Davida Molla na Uniwersytecie Laurentian i Adam Karol Szymon, i Xuyang Meng z University of Michigan. Przeczytać Oryginalny artykuł znajduje się tutaj.