Откуда на Земле появился кислород? Новое исследование намекает на неожиданный источник

количество кислорода Атмосфера Земли делает ее обитаемой планетой.

Двадцать один процент атмосферы состоит из этого живительного элемента. Но в глубоком прошлом — еще в современную эпоху, 2,8–2,5 миллиарда лет назад — Этого кислорода почти не было..

Так как же атмосфера Земли стала насыщенной кислородом?

Наше исследованиеопубликовано в Естественные науки о Земледобавляет заманчивую новую возможность: что по крайней мере часть раннего кислорода Земли поступила из тектонического источника в результате движения и разрушения земной коры.

Архейская земля

Архейский эон представляет собой треть истории нашей планеты, от 2,5 миллиардов лет назад до последних четырех миллиардов лет.

Эта странная земля была покрытым водным миром зеленые океаныокутанный метановая дымка, и полностью отсутствует многоклеточная жизнь. Еще один странный аспект этого мира — природа его тектонической активности.

На современной Земле доминирующая тектоническая активность называется тектоникой плит, где океаническая кора — самый внешний слой земли под океанами — погружается в мантию Земли (область между земной корой и ядром) в точках встречи, называемых зонами субдукции. Однако ведутся серьезные споры о том, вернулась ли тектоника плит в архейскую эпоху.

Одной из особенностей современных зон субдукции является их связь с окисленная магма. Эта магма образуется, когда окисленные отложения и придонные воды — холодные, плотные воды — образуются вблизи дна океана. вставленный в мантию Земли. Это производит магму с более высоким содержанием кислорода и воды.

Наше исследование направлено на проверку того, может ли отсутствие окислителей в архейских донных водах и отложениях предотвратить образование окисленных магм. Идентификация такой магмы в новых магматических породах может свидетельствовать о том, что субдукция и тектоника плит произошли 2,7 миллиарда лет назад.

Опыт

Мы собрали образцы гранитных пород возрастом от 2750 до 2670 миллионов лет со всей субпровинции Абетепе-Вава в Верхней провинции — крупнейшего сохранившегося архейского континента, простирающегося на 2000 километров от Виннипега, Манитоба, до дальневосточного Квебека. Это позволило нам исследовать уровень окисления магмы, образовавшегося в течение новой эпохи.

Измерение степени окисления этих магматических пород, образовавшихся в результате охлаждения и кристаллизации магмы или лавы, является сложной задачей. События посткристаллизации могли изменить эти породы в результате деформации, захоронения или последующего нагревания.

Итак, мы решили ознакомиться с минеральная апатитнаходится в кристаллы циркона в этих скалах. Кристаллы циркона могут выдерживать экстремальные температуры и стрессы после кристаллизации. Они содержат подсказки об окружающей среде, в которой они были первоначально сформированы, и обеспечивают точный возраст самих горных пород.

Крошечные кристаллы апатита шириной менее 30 микрон — размером с клетку кожи человека — заключены в кристаллы циркона. содержат серу. Измеряя количество серы в апатите, мы можем определить, вырос ли апатит из окисленной магмы.

Нам удалось измерить утечка кислорода исходной архейской магмы — в основном количество свободного кислорода в ней — с использованием специальной техники, называемой рентгеновской абсорбционной спектроскопией вблизи краевой структуры (S-XANES) в усовершенствованном источнике фотонов синхротрона Аргоннская национальная лаборатория в Иллинойсе.

получение кислорода из воды?

Мы обнаружили, что содержание серы в магме, которое изначально было около нуля, увеличилось до 2000 частей на миллион около 2705 миллионов лет назад. Это указывает на то, что магма стала богатой серой. В дополнение Преобладание S6+ — разновидности иона серы — в апатите Он предположил, что сера была из окисленного источника, идентичного Данные по вмещающим кристаллам циркона.

Эти новые данные указывают на то, что окисленные магмы образовались в современную эпоху, 2,7 миллиарда лет назад. Данные показывают, что недостаток растворенного кислорода в архейских резервуарах не предотвратил образование богатых серой окисленных магм в зонах субдукции. Кислород в этой магме, должно быть, поступал из другого источника и в конечном итоге выбрасывался в атмосферу во время извержений вулканов.

Мы обнаружили, что появление этих окисленных магм коррелирует с крупными событиями золоторудной минерализации в Верхней провинции и кратоне Йилгарн (Западная Австралия), демонстрируя связь между этими богатыми кислородом источниками и формированием глобальных рудных месторождений.

Последствия этой окисленной магмы выходят за рамки понимания геодинамики ранней Земли. Ранее считалось, что архейская магма с меньшей вероятностью окисляется, когда она океанская вода И Камни или отложения на дне океана Не было.

Хотя точный механизм не ясен, возникновение этой магмы указывает на то, что процесс субдукции, при котором океанская вода переносится на сотни километров вглубь нашей планеты, генерирует свободный кислород. Это затем окисляет верхнюю мантию.

Наше исследование показывает, что архейская субдукция может быть неожиданным жизненно важным фактором насыщения Земли кислородом, ранним Кислород дует 2,7 миллиарда лет назад также Великое событие окисления, в результате которого кислород в атмосфере увеличился на 2% с 2,45 до 2,32 миллиарда лет назад..

Насколько нам известно, Земля — единственное место в Солнечной системе — в прошлом или настоящем — с активной тектоникой плит и субдукцией. Это говорит о том, что это исследование может частично объяснить нехватку кислорода и, в конечном итоге, жизнь на других каменистых планетах в будущем.

Эта статья была первоначально опубликована Беседа Дэвид Молл в Лаврентьевском университете и Адам Чарльз Саймон, и Сюян Мэн из Мичиганского университета. Читать Оригинал статьи здесь.