La quantità di ossigeno nell’atmosfera terrestre lo rende un pianeta abitabile.
Il 21% dell’atmosfera è costituito da questo elemento vivificante. Ma nel profondo passato — fin dall’era moderna, da 2,8 a 2,5 miliardi di anni fa — Questo ossigeno era quasi assente.
Quindi, come ha fatto l’atmosfera terrestre a diventare ossigenata?
La nostra ricercapubblicato in Scienze Naturali della Terraaggiunge una nuova allettante possibilità: che almeno una parte dell’ossigeno primordiale della Terra provenisse da una fonte tettonica attraverso il movimento e la distruzione della crosta terrestre.
Terra Archeana
L’eone archeano rappresenta un terzo della storia del nostro pianeta, da 2,5 miliardi di anni fa a 4 miliardi di anni fa.
Questa strana terra era un mondo acquatico coperto oceani verdiavvolto dentro foschia di metano, e completamente privo di vita pluricellulare. Un altro strano aspetto di questo mondo è la natura della sua attività tettonica.
Sulla Terra moderna, l’attività tettonica dominante è chiamata tettonica a placche, dove la crosta oceanica – lo strato più esterno di terra sotto gli oceani – sprofonda nel mantello terrestre (l’area tra la crosta terrestre e il nucleo) in punti di incontro chiamati zone di subduzione.
Tuttavia, vi è un considerevole dibattito sul fatto che la tettonica a placche sia tornata in auge nell’era archeana.
Una caratteristica delle recenti zone di subduzione è la loro connettività magma ossidato.
Questo magma si forma quando sedimenti ossidati e acque di fondo – acque fredde e dense – si formano vicino al fondo dell’oceano. inserita nel mantello terrestre. Questo produce magma che ha un alto contenuto di ossigeno e acqua.
La nostra ricerca mira a verificare se l’assenza di ossidanti nelle acque di fondo e nei sedimenti archeani può prevenire la formazione di magmi ossidati.
L’identificazione di tale magma in nuove rocce ignee potrebbe fornire la prova che la subduzione e la tettonica a placche si sono verificate 2,7 miliardi di anni fa.
Esperienza
Abbiamo raccolto campioni di rocce granitiche di 2.750-2.670 milioni di anni da tutto il sottodistretto di Abitibi Wawa della provincia superiore, il più grande continente archeano conservato che si estende per 2.000 chilometri (1.243 miglia) da Winnipeg, Manitoba, all’estremo oriente. Québec.
Questo ci ha permesso di studiare il livello di ossidazione del magma generato durante la nuova era.
Misurare lo stato di ossidazione di queste rocce ignee, formatesi attraverso il raffreddamento e la cristallizzazione di magma o lava, è una sfida. Gli eventi post-cristallizzazione possono aver modificato queste rocce attraverso la deformazione, il seppellimento o il successivo riscaldamento.
Quindi, abbiamo deciso di dare un’occhiata al L’apatite minerale É situato in cristalli di zircone in queste rocce.
I cristalli di zircone possono resistere a temperature e pressioni estreme per eventi post-cristallizzazione. Contengono indizi sugli ambienti in cui si sono originariamente formati e forniscono età precise per le rocce stesse.
Minuscoli cristalli di apatite larghi meno di 30 micron, le dimensioni di una cellula della pelle umana, sono intrappolati nei cristalli di zircone. contengono zolfo. Misurando la quantità di zolfo nell’apatite, possiamo determinare se l’apatite è cresciuta da magmi ossidati.
Siamo riusciti a misurare fuga di ossigeno del magma archeano originale, fondamentalmente la quantità di ossigeno libero in esso contenuto, utilizzando una tecnica specializzata chiamata spettroscopia di assorbimento dei raggi X vicino alla struttura del bordo (S-XANES) presso la sorgente fotonica avanzata del sincrotrone Laboratorio Nazionale Argonne nell’Illinois.
produrre ossigeno dall’acqua?
Abbiamo scoperto che il contenuto di zolfo del magma, che inizialmente era pari a zero, è aumentato a 2.000 ppm circa 2.705 milioni di anni fa. Ciò indica che il magma è diventato ricco di zolfo.
Inoltre, il Predominanza di S6 + – un tipo di ione zolfo – nell’apatite Ha suggerito che lo zolfo provenisse da una fonte ossidata, identica Dati da cristalli di zircone ospite.
Queste nuove scoperte indicano che i magmi ossidati si sono formati nell’era moderna, 2,7 miliardi di anni fa. I dati mostrano che la mancanza di ossigeno disciolto nei serbatoi archeani non ha impedito la formazione di magmi ossidati ricchi di zolfo nelle zone di subduzione.
L’ossigeno in questo magma deve provenire da un’altra fonte e alla fine è stato rilasciato nell’atmosfera durante le eruzioni vulcaniche.
Abbiamo scoperto che la presenza di questi magmi ossidati è correlata ai principali eventi di mineralizzazione dell’oro nella provincia superiore e nel cratere di Yilgarn (Australia occidentale), dimostrando un legame tra queste fonti ricche di ossigeno e la formazione di depositi di minerali di livello mondiale.
Le implicazioni di questo magma ossidato vanno oltre la comprensione della geodinamica della Terra primordiale. In precedenza, si pensava che fosse improbabile che il magma archeano si ossidasse, quando lo è acqua dell’oceano E il Rocce o sedimenti del fondale oceanico non è stato.
Sebbene il meccanismo esatto non sia chiaro, la presenza di questo magma indica che il processo di subduzione, in cui l’acqua dell’oceano viene trasportata per centinaia di chilometri nel nostro pianeta, genera ossigeno libero. Questo quindi ossida il mantello superiore.
Il nostro studio mostra che la subduzione archeana potrebbe essere un fattore vitale inaspettato nell’ossigenazione della Terra, all’inizio L’ossigeno soffia 2,7 miliardi di anni fa anche Il Grande Evento di Ossidazione, che ha visto l’ossigeno atmosferico aumentare del 2% da 2,45 a 2,32 miliardi di anni fa.
Per quanto ne sappiamo, la Terra è l’unico posto nel sistema solare – passato o presente – con tettonica a placche attiva e subduzione. Ciò suggerisce che questo studio potrebbe in parte spiegare la mancanza di ossigeno e, alla fine, anche la vita su altri pianeti rocciosi in futuro.
Davide MallBorsista Postdottorato, Scienze della Terra, Università Laurenziana; Adamo Carlo SimoneArthur Thornow Professore di Scienze della Terra e Ambientali, Università del MichiganE il Xuyang MengPostdoctoral Fellow, Scienze della Terra e dell’Ambiente, Università del Michigan
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