Waar kwam de zuurstof van de aarde vandaan? Een nieuwe studie verwijst naar een onverwachte bron

hoeveelheid zuurstof De atmosfeer van de aarde maakt het een bewoonbare planeet.

Eenentwintig procent van de atmosfeer bestaat uit dit levengevende element. Maar in het verre verleden — zo ver terug als de moderne tijd, 2,8 tot 2,5 miljard jaar geleden — Deze zuurstof was bijna afwezig.

Dus hoe werd de atmosfeer van de aarde zuurstofrijk?

Ons onderzoekgepubliceerd in Natuurwetenschappen Aardwetenschappenvoegt een verleidelijke nieuwe mogelijkheid toe: dat ten minste een deel van de vroege zuurstof van de aarde afkomstig was van een tektonische bron door beweging en vernietiging van de aardkorst.

Archeisch land

De Archean eon vertegenwoordigt een derde van de geschiedenis van onze planeet, van 2,5 miljard jaar geleden tot de afgelopen vier miljard jaar.

Dit vreemde land was een overdekte waterwereld groene oceanenin gehuld methaan waas, en het ontbreekt volledig aan meercellig leven. Een ander vreemd aspect van deze wereld is de aard van zijn tektonische activiteit.

Op de moderne aarde wordt de dominante tektonische activiteit platentektoniek genoemd, waarbij de oceanische korst – de buitenste laag land onder de oceanen – wegzinkt in de aardmantel (het gebied tussen de aardkorst en de kern) op ontmoetingspunten die subductiezones worden genoemd. Er is echter veel discussie over de vraag of platentektoniek een comeback maakte in het Archeïsche tijdperk.

Een kenmerk van recente subductiezones is hun connectiviteit geoxideerd magma. Dit magma vormt zich wanneer geoxideerde sedimenten en bodemwater – koude, dichte wateren – zich vormen nabij de oceaanbodem. ingebracht in de aardmantel. Dit produceert magma met een hoger zuurstof- en watergehalte.

Ons onderzoek heeft tot doel te testen of de afwezigheid van oxidanten in archeïsche bodemwateren en sedimenten de vorming van geoxideerde magma’s kan voorkomen. De identificatie van dergelijk magma in nieuwe stollingsgesteenten zou het bewijs kunnen leveren dat subductie en platentektoniek 2,7 miljard jaar geleden plaatsvonden.

Beleven

We verzamelden monsters van 2.750 tot 2.670 miljoen jaar oude granietrotsen uit het Abetepe Wawa-subdistrict van de Bovenprovincie – het grootste bewaarde Archeïsche continent dat zich 2.000 kilometer uitstrekt van Winnipeg, Manitoba, tot het verre oosten van Quebec. Hierdoor konden we het niveau van magma-oxidatie onderzoeken dat in het nieuwe tijdperk werd gegenereerd.

Het meten van de oxidatietoestand van deze stollingsgesteenten – gevormd door afkoeling en kristallisatie van magma of lava – is een uitdaging. Gebeurtenissen na kristallisatie kunnen deze rotsen hebben gewijzigd door vervorming, begraving of daaropvolgende verwarming.

Dus besloten we om een ​​kijkje te nemen in de mineraal apatiet-gelegen in zirkoon kristallen in deze rotsen. Zirkoonkristallen zijn bestand tegen extreme temperaturen en spanningen door gebeurtenissen na kristallisatie. Ze bevatten aanwijzingen over de omgeving waarin ze oorspronkelijk zijn gevormd en geven nauwkeurige leeftijden voor de rotsen zelf.

Kleine apatietkristallen van minder dan 30 micron breed – de grootte van een menselijke huidcel – zitten gevangen in de zirkoonkristallen. bevatten zwavel. Door de hoeveelheid zwavel in het apatiet te meten, kunnen we bepalen of het apatiet is gegroeid uit geoxideerde magma’s.

We zijn erin geslaagd om te meten zuurstof ontsnappen van het originele Archeïsche magma – wat in feite is hoeveel vrije zuurstof erin zit – met behulp van een gespecialiseerde techniek genaamd röntgenabsorptiespectroscopie nabij de randstructuur (S-XANEN) bij de geavanceerde fotonenbron van de Synchrotron Argonne Nationaal Laboratorium in Illinois.

zuurstof uit water halen?

We ontdekten dat het zwavelgehalte van het magma, dat aanvankelijk ongeveer nul was, ongeveer 2.705 miljoen jaar geleden toenam tot 2.000 ppm. Dit geeft aan dat het magma rijk is geworden aan zwavel. tevens de Overwicht van S6 + – een type zwavelion – in apatiet Hij suggereerde dat de zwavel afkomstig was van een geoxideerde bron, identiek Gegevens van host-zirkoonkristallen.

Deze nieuwe bevindingen geven aan dat geoxideerde magma’s gevormd zijn in de moderne tijd, 2,7 miljard jaar geleden. De gegevens tonen aan dat een gebrek aan opgeloste zuurstof in de Archaïsche reservoirs de vorming van zwavelrijke, geoxideerde magma’s in subductiezones niet verhinderde. De zuurstof in dit magma moet afkomstig zijn van een andere bron en is uiteindelijk tijdens vulkaanuitbarstingen in de atmosfeer terechtgekomen.

We ontdekten dat het voorkomen van deze geoxideerde magma’s correleert met grote goudmineralisatiegebeurtenissen in de Upper Province en Yilgarn Craton (West-Australië), wat een verband aantoont tussen deze zuurstofrijke bronnen en de vorming van wereldwijde ertsafzettingen.

De implicaties van dit geoxideerde magma gaan verder dan het begrijpen van de vroege geodynamica van de aarde. Eerder werd gedacht dat archeaans magma minder snel zou oxideren als het dat wel is oceaanwater En de Rotsen of sedimenten op de oceaanbodem is niet geweest.

Hoewel het exacte mechanisme niet duidelijk is, geeft het ontstaan ​​van dit magma aan dat het proces van subductie, waarbij oceaanwater honderden kilometers naar onze planeet wordt getransporteerd, vrije zuurstof genereert. Dit oxideert vervolgens de bovenmantel.

Onze studie toont aan dat de Archeïsche subductie een onverwachte vitale factor kan zijn in de zuurstofvoorziening van de aarde, vroeg Zuurstof snuift 2,7 miljard jaar geleden ook The Great Oxidation Event, waarbij zuurstof in de lucht met 2% toenam van 2,45 tot 2,32 miljard jaar geleden.

Voor zover we weten, is de aarde de enige plaats in het zonnestelsel – verleden of heden – met actieve platentektoniek en subductie. Dit suggereert dat deze studie het gebrek aan zuurstof en uiteindelijk ook het leven op andere rotsachtige planeten in de toekomst gedeeltelijk zou kunnen verklaren.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd Gesprek door David Mol aan de Laurentian University, en Adam Charles Simon, en Xuyang Meng aan de Universiteit van Michigan. Lees de Het originele artikel staat hier.