Odkud se vzal pozemský kyslík? Nová studie naznačuje nečekaný zdroj

množství kyslíku Atmosféra Země z ní dělá obyvatelnou planetu.

Jedenadvacet procent atmosféry tvoří tento životodárný prvek. Ale v hluboké minulosti – až do moderní éry, před 2,8 až 2,5 miliardami let – Tento kyslík téměř chyběl.

Jak se tedy zemská atmosféra okysličila?

Náš výzkumpublikoval v Přírodní vědy o Zemidodává vzrušující novou možnost: že alespoň část raného zemského kyslíku pocházela z tektonického zdroje prostřednictvím pohybu a ničení zemské kůry.

Archejská země

Archeánský eon představuje třetinu historie naší planety, od doby před 2,5 miliardami let do posledních čtyř miliard let.

Tato podivná země byla krytým vodním světem zelené oceányzahalený v metanový opara zcela chybí v mnohobuněčném životě. Dalším zvláštním aspektem tohoto světa je povaha jeho tektonické aktivity.

Na moderní Zemi se dominantní tektonická aktivita nazývá desková tektonika, kde se oceánská kůra – nejvzdálenější vrstva pevniny pod oceány – noří do zemského pláště (oblast mezi zemskou kůrou a jádrem) v místech setkání zvaných subdukční zóny. Existuje však značná debata o tom, zda se desková tektonika vrátila v archaické éře.

Jednou z vlastností nedávných subdukčních zón je jejich konektivita oxidované magma. Toto magma vzniká, když se poblíž dna oceánu tvoří oxidované sedimenty a spodní vody – studené, husté vody. vložen do zemského pláště. Vzniká tak magma s vyšším obsahem kyslíku a vody.

Náš výzkum si klade za cíl otestovat, zda nepřítomnost oxidantů ve spodních vodách a sedimentech Archea může zabránit tvorbě oxidovaného magmatu. Identifikace takového magmatu v nových vyvřelých horninách by mohla poskytnout důkaz, že subdukce a desková tektonika proběhly před 2,7 miliardami let.

Zkušenosti

Shromáždili jsme vzorky 2 750 až 2 670 milionů let starých žulových hornin z celého subditriktu Abetepe Wawa v Horní provincii – největšího zachovalého archejského kontinentu táhnoucího se 2 000 kilometrů od Winnipegu v Manitobě až po daleký východní Quebec. To nám umožnilo prozkoumat úroveň oxidace magmatu generované během nového věku.

Měření oxidačního stavu těchto vyvřelých hornin – vzniklých ochlazením a krystalizací magmatu nebo lávy – je náročné. Post-krystalizační události mohly tyto horniny modifikovat deformací, pohřbením nebo následným ohřevem.

Rozhodli jsme se tedy podívat na minerální apatitnacházející se v zirkonové krystaly v těchto skalách. Zirkonové krystaly dokážou odolat extrémním teplotám a namáhání z post-krystalizačních událostí. Mají vodítka o prostředí, ve kterém byly původně vytvořeny, a poskytují přesné stáří samotných hornin.

V krystalech zirkonu jsou zachyceny drobné krystaly apatitu o šířce menší než 30 mikronů – velikosti lidské kožní buňky. obsahují síru. Měřením množství síry v apatitu můžeme určit, zda apatit vyrostl z oxidovaného magmatu.

Podařilo se změřit únik kyslíku původního archejského magmatu – což je v podstatě množství volného kyslíku v něm – pomocí specializované techniky zvané rentgenová absorpční spektroskopie v blízkosti struktury okraje (S-XANES) na pokročilém zdroji fotonů Synchrotronu Argonne National Laboratory v Illinois.

vyrábět kyslík z vody?

Zjistili jsme, že obsah síry v magmatu, který byl zpočátku asi nulový, se před 2 705 miliony let zvýšil na 2 000 ppm. To naznačuje, že magma se stalo bohatým na síru. Kromě toho, Převaha S6 + – typ sírového iontu – v apatitu Navrhl, že síra byla z oxidovaného zdroje, identického Data z hostitelských krystalů zirkonu.

Tyto nové poznatky naznačují, že oxidovaná magmata vznikla v moderní době, před 2,7 miliardami let. Data ukazují, že nedostatek rozpuštěného kyslíku v Archaeanských nádržích nezabránil tvorbě oxidovaného magmatu bohatého na síru v subdukčních zónách. Kyslík v tomto magmatu musel pocházet z jiného zdroje a nakonec byl uvolněn do atmosféry při sopečných erupcích.

Zjistili jsme, že výskyt těchto oxidovaných magmat koreluje s hlavními událostmi mineralizace zlata v provincii Upper Province a Yilgarn Craton (západní Austrálie), což prokazuje souvislost mezi těmito zdroji bohatými na kyslík a tvorbou globálních rudných ložisek.

Důsledky tohoto oxidovaného magmatu přesahují chápání rané geodynamiky Země. Dříve se předpokládalo, že archejské magma méně pravděpodobně oxiduje, když je oceánská voda A Kameny nebo sedimenty oceánského dna nebyl.

Zatímco přesný mechanismus není jasný, výskyt tohoto magmatu naznačuje, že proces subdukce, při kterém je oceánská voda transportována stovky kilometrů na naši planetu, vytváří volný kyslík. To následně zoxiduje horní plášť.

Naše studie ukazuje, že archejská subdukce může být neočekávaným životně důležitým faktorem při okysličování Země, brzy Kyslík vůní před 2,7 miliardami let také Velká oxidační událost, která zaznamenala nárůst atmosférického kyslíku o 2 % z 2,45 na 2,32 miliard let.

Pokud víme, Země je jediným místem ve sluneční soustavě – minulé i současné – s aktivní deskovou tektonikou a subdukcí. To naznačuje, že tato studie by mohla částečně vysvětlit nedostatek kyslíku a nakonec i života na jiných kamenných planetách v budoucnu.

Tento článek byl původně publikován Konverzace od Davida Molla na Laurentian University a Adam Charles Simon, a Xuyang Meng na University of Michigan. Číst Původní článek je zde.