Dünyanın oksijeni nereden geldi? Yeni bir çalışma beklenmedik bir kaynağa işaret ediyor

oksijen miktarı Dünya’nın atmosferi onu yaşanabilir bir gezegen yapar.

Atmosferin yüzde yirmi biri bu hayat veren elementten oluşur. Ama derin geçmişte — modern çağa kadar, 2,8 ila 2,5 milyar yıl önce — Bu oksijen neredeyse yoktu.

Peki Dünya’nın atmosferi nasıl oksijenlendi?

Araştırmamızyayınlanan Doğal Yer Bilimleriheyecan verici yeni bir olasılık ekliyor: Dünya’nın ilk oksijeninin en azından bir kısmı, Dünya’nın kabuğunun hareketi ve yıkımı yoluyla tektonik bir kaynaktan geldi.

Archean arazi

Archean eon, 2,5 milyar yıl öncesinden son dört milyar yıl öncesine kadar gezegenimizin tarihinin üçte birini temsil eder.

Bu garip ülke, üzeri örtülü bir su dünyasıydı. yeşil okyanuslarörtülü metan pusve çok hücreli yaşamdan tamamen yoksundur. Bu dünyanın bir başka garip yönü de tektonik faaliyetinin doğasıdır.

Modern Dünya’da, baskın tektonik aktiviteye, okyanus kabuğunun – okyanusların altındaki en dıştaki toprak tabakası – dalma bölgeleri adı verilen buluşma noktalarında Dünya’nın mantosuna (Dünya’nın kabuğu ile çekirdeği arasındaki alan) battığı levha tektoniği denir. Bununla birlikte, levha tektoniğinin Archean döneminde bir geri dönüş yapıp yapmadığına dair önemli tartışmalar var.

Son yitim bölgelerinin bir özelliği de bağlanabilirlikleridir. oksitlenmiş magma. Bu magma, oksitlenmiş tortular ve dip suları – soğuk, yoğun sular – okyanus tabanının yakınında oluştuğunda oluşur. Dünya’nın mantosuna yerleştirilmiş. Bu, daha yüksek oksijen ve su içeriğine sahip magma üretir.

Araştırmamız, Archean dip sularında ve çökeltilerde oksidanların bulunmamasının oksitlenmiş magma oluşumunu önleyip önleyemeyeceğini test etmeyi amaçlamaktadır. Yeni magmatik kayaçlarda bu tür magmanın tanımlanması, yitim ve levha tektoniğinin 2,7 milyar yıl önce meydana geldiğine dair kanıt sağlayabilir.

Deneyim

Winnipeg, Manitoba’dan uzak doğu Quebec’e 2.000 kilometre uzanan, korunmuş en büyük Archean kıtası olan Yukarı Eyaletin Abetepe Wawa alt bölgesinden 2.750 ila 2.670 milyon yıllık granit kaya örneklerini topladık. Bu, yeni çağ boyunca üretilen magma oksidasyon seviyesini araştırmamıza izin verdi.

Magma veya lavın soğuması ve kristalleşmesiyle oluşan bu magmatik kayaçların oksidasyon durumunu ölçmek zordur. Kristalleşme sonrası olaylar, bu kayaları deformasyon, gömme veya müteakip ısıtma yoluyla değiştirmiş olabilir.

Bu yüzden, şuna bir göz atmaya karar verdik: mineral apatitkonumlanmış zirkon kristalleri bu kayalarda Zirkon kristalleri, aşırı sıcaklıklara ve kristalleşme sonrası olaylardan kaynaklanan streslere dayanabilir. Başlangıçta oluştukları ortamlar hakkında ipuçları taşıyorlar ve kayaların kendileri için doğru yaşları veriyorlar.

30 mikrondan daha küçük (insan derisi hücresi büyüklüğünde) küçük apatit kristalleri, zirkon kristallerinin içinde hapsolmuştur. kükürt içerir. Apatit içindeki kükürt miktarını ölçerek, apatitin oksitlenmiş magmalardan büyüyüp büyümediğini belirleyebiliriz.

ölçmeyi başardık oksijen kaçışı orijinal Archean magmasının – temelde içinde ne kadar serbest oksijen bulunduğudur – kenar yapısının yakınında X-ışını absorpsiyon spektroskopisi adı verilen özel bir teknik kullanılarak (S-XANES) Synchrotron’un Gelişmiş Foton Kaynağında Illinois’deki Argonne Ulusal Laboratuvarı.

sudan oksijen üretimi?

Magmanın başlangıçta yaklaşık sıfır olan kükürt içeriğinin yaklaşık 2.705 milyon yıl önce 2.000 ppm’ye çıktığını bulduk. Bu, magmanın kükürtçe zenginleştiğini gösterir. ek olarak Apatitte S6 + – bir tür kükürt iyonu – baskınlığı Sülfürün oksitlenmiş bir kaynaktan geldiğini öne sürdü. Ana bilgisayar zirkon kristallerinden elde edilen veriler.

Bu yeni bulgular, oksitlenmiş magmaların 2,7 milyar yıl önce modern çağda oluştuğunu gösteriyor. Veriler, Archaean rezervuarlarındaki çözünmüş oksijen eksikliğinin, batma bölgelerinde kükürt bakımından zengin, oksitlenmiş magmaların oluşumunu engellemediğini göstermektedir. Bu magmadaki oksijen başka bir kaynaktan gelmiş olmalı ve sonunda volkanik patlamalar sırasında atmosfere salınmıştır.

Bu oksitlenmiş magmaların oluşumunun, Yukarı Eyalet ve Yilgarn Craton’daki (Batı Avustralya) büyük altın mineralizasyon olayları ile ilişkili olduğunu bulduk ve bu, oksijen açısından zengin bu kaynaklar ile küresel cevher yataklarının oluşumu arasında bir bağlantı olduğunu gösterdi.

Bu oksitlenmiş magmanın etkileri, Dünya’nın erken dönem jeodinamiğini anlamanın ötesine geçiyor. Önceleri, Archean magmasının oksitlendiğinde oksitlenme olasılığının daha düşük olduğu düşünülüyordu. okyanus suyu Ve Okyanus tabanı kayaları veya tortuları olmadı.

Kesin mekanizma net olmamakla birlikte, bu magmanın oluşumu, okyanus suyunun gezegenimize yüzlerce kilometre taşındığı dalma sürecinin serbest oksijen ürettiğini gösteriyor. Bu daha sonra üst mantoyu oksitler.

Çalışmamız, Archean yitiminin Dünya’nın erken oksijenasyonunda beklenmedik bir hayati faktör olabileceğini gösteriyor. Oksijen 2,7 milyar yıl önce esiyor ilave olarak Atmosferdeki oksijenin %2 oranında 2,45’ten 2,32 milyar yıl öncesine yükseldiği Büyük Oksidasyon Olayı.

Bildiğimiz kadarıyla Dünya, güneş sisteminde -geçmişte veya günümüzde- aktif levha tektoniği ve yitim ile tek yerdir. Bu, bu çalışmanın gelecekte oksijen eksikliğini ve nihayetinde diğer kayalık gezegenlerdeki yaşamı kısmen açıklayabileceğini düşündürmektedir.

Bu makale orijinal olarak yayınlandı Konuşma David Moll tarafından Laurentian Üniversitesi’nde ve Adam Charles Simon, ve Michigan Üniversitesi’nden Xuyang Meng. Okumak Orijinal makale burada.