Определенное количество кислорода в атмосфере Земли делает ее обитаемой планетой. Двадцать один процент атмосферы состоит из этого живительного элемента. Но в глубоком прошлом — еще в неоархейскую эру 2,8–2,5 миллиарда лет назад — этого кислорода почти не было. Итак, как атмосфера Земли стала насыщенной кислородом?

Недавнее исследование, опубликованное в журнале Nature Geoscience, добавляет заманчивую новую возможность: по крайней мере часть раннего кислорода Земли поступила из тектонического источника в результате движения и разрушения земной коры.

Архейская Земля 

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

Эта чужая Земля представляла собой водный мир, покрытый зелеными океанами, окутанный метановой дымкой и полностью лишенный многоклеточной жизни. Еще одним чуждым аспектом этого мира была природа его тектонической активности.

Поперечное сечение зоны субдукции, где океаническая литосфера опускается ниже континентальной окраины.

Поперечное сечение зоны субдукции

Поперечное сечение зоны субдукции, где океаническая литосфера скользит под континентальную окраину. (Сюян Мэн) , автор предоставлен (без повторного использования).

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 ее ядром) в точках схождения, называемых зонами субдукции. Однако ведутся серьезные споры о том, действовала ли тектоника плит еще в архейскую эпоху.

Одной из особенностей современных зон субдукции является их связь с окисленными магмами. Эти магмы образуются, когда окисленные отложения и придонные воды — холодная, плотная вода у дна океана — внедряются в мантию Земли. Это производит магмы с высоким содержанием кислорода и воды.

Читайте так же  13,8 млрд лет за 10 минут - как возникла и развивалась Вселенная

Исследования были направлены на проверку того, может ли отсутствие окисленных материалов в архейских донных водах и отложениях предотвратить образование окисленных магм. Идентификация таких магм в неоархейских магматических породах может свидетельствовать о том, что субдукция и тектоника плит произошли 2,7 миллиарда лет назад.

Эксперимент

Исследователями были собраны образцы гранитоидных пород возрастом от 2750 до 2670 миллионов лет со всей подпровинции Абитиби-Вава провинции Супериор — крупнейшего сохранившегося архейского континента, простирающегося более чем на 2000 км от Виннипега, Манитоба, до дальневосточного Квебека. Это позволило нам исследовать уровень окисления магм, образовавшихся в неоархейскую эпоху.

атмосфера Земли стала насыщенной кислородом

Гранитоидные породы возрастом от 2750 до 2670 миллионов лет, собранные на крупнейшем сохранившемся архейском континенте, могут помочь раскрыть историю происхождения кислорода на Земле.

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 более поздней деформации, захоронения или нагревания.

Итак, исследователи решили посмотреть на минерал апатит, который присутствует в кристаллах циркона в этих породах. Кристаллы циркона могут выдерживать интенсивные температуры и давления посткристаллизационных событий. Они хранят подсказки об окружающей среде, в которой они были первоначально сформированы, и определяют точный возраст самих пород.

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

Карта провинции Супериор

Карта провинции Супериор, простирающейся от центральной Манитобы до восточного Квебека в Канаде.

Ученым удалось успешно измерить фугитивность кислорода исходной архейской магмы — которая, по сути, представляет собой количество свободного кислорода в ней — с помощью специальной техники, называемой спектроскопией ближней краевой структуры рентгеновского поглощения ( S-XANES ) на синхротроне Advanced Photon Source в Аргоннской национальной лаборатории в Иллинойсе.

Читайте так же  Эти записи звуков вулканического грома сделаны впервые

Появился ли свободный кислород из воды?

В результате исследования было обнаружено, что содержание серы в магме, которое изначально было около нуля, увеличилось до 2000 частей на миллион примерно через 2705 миллионов лет. Это указывало на то, что магмы стали более богатыми серой. Кроме того, преобладание S6+ — типа иона серы — в апатите предполагает, что сера была из окисленного источника, что соответствует данным по кристаллам циркона-хозяина.

Эти новые находки указывают на то, что окисленные магмы действительно образовались в неоархейскую эру 2,7 миллиарда лет назад. Данные показывают, что недостаток растворенного кислорода в резервуарах архейского океана не предотвратил образование богатых серой окисленных магм в зонах субдукции. Кислород в этих магмах должен был поступать из другого источника и в конечном итоге выбрасывался в атмосферу во время извержений вулканов.

Исследователи обнаружили, что появление этих окисленных магм коррелирует с крупными событиями минерализации золота в провинции Супериор и кратоне Йилгарн (Западная Австралия), демонстрируя связь между этими богатыми кислородом источниками и глобальным формированием рудных месторождений мирового класса.

Движение океанской воды вглубь Земли

Движение океанской воды вглубь Земли, вызванное скольжением океанических плит под континентальные плиты Земли, может привести к образованию свободного кислорода, а также к механизму его высвобождения — вулканам.

Как атмосфера Земли стала насыщенной кислородом?

Последствия этих окисленных магм выходят за рамки понимания геодинамики ранней Земли. Раньше считалось маловероятным, что архейские магмы могли быть окислены.
Описанное здесь исследование показывает, что архейская субдукция могла быть жизненно важным непредвиденным фактором насыщения Земли кислородом, первых дуновений кислорода 2,7 миллиарда лет назад , а также Великого события окисления, которое ознаменовало увеличение атмосферного кислорода на два процента с 2,45 до 2,32 миллиарда лет назад .

Читайте так же  Рис - надежда на спасение людей

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

По материалам.

(Visited 1 times, 1 visits today)
https://ogend.ru/wp-content/uploads/2022/12/file-20221123-16-sl0vkx-500x333.webphttps://ogend.ru/wp-content/uploads/2022/12/file-20221123-16-sl0vkx-150x150.webpГеннадийНаукаПрогнозыисследования,ответы и предположения,экология
Определенное количество кислорода в атмосфере Земли делает ее обитаемой планетой. Двадцать один процент атмосферы состоит из этого живительного элемента. Но в глубоком прошлом — еще в неоархейскую эру 2,8–2,5 миллиарда лет назад — этого кислорода почти не было. Итак, как атмосфера Земли стала насыщенной кислородом?Недавнее исследование, опубликованное в журнале...