¿De dónde vino el oxígeno de la Tierra? Un nuevo estudio sugiere una fuente inesperada

La cantidad de oxígeno La atmósfera de la Tierra lo convierte en un planeta habitable.

El veintiuno por ciento de la atmósfera consiste en este elemento dador de vida. Pero en el pasado profundo, allá por la era neoarcaica, hace 2800-2500 millones de años, este oxígeno era casi inexistente.

Entonces, ¿cómo se llenó de oxígeno la atmósfera de la Tierra?

Nuestra investigaciónEsta publicado Geología naturalagrega una característica nueva y atractiva. Al menos parte del oxígeno primitivo de la Tierra provino de una fuente tectónica a través del movimiento y la destrucción de la corteza terrestre.

Tierra arcaica

El Eón Arcaico representa un tercio de la historia de nuestro planeta, desde hace 2.500 millones de años hasta hace 4.000 millones de años.

Esta Tierra alienígena era un mundo acuático cubierto océanos verdesesta envuelto niebla de metano, y carece por completo de vida multicelular. Otro aspecto extraño de este mundo era la naturaleza de su actividad tectónica.

La actividad tectónica dominante en la Tierra moderna se llama tectónica de placas, donde la corteza oceánica, la capa más externa de la Tierra debajo de los océanos, se hunde en el manto terrestre (el área entre la corteza terrestre y su núcleo) en puntos de convergencia llamados subducción. zonas . Sin embargo, existe un debate considerable sobre si la tectónica de placas ya estaba en funcionamiento desde el Arcaico.

Una de las características de las zonas de subducción modernas es su conectividad magmas oxidados. Estos magmas se forman cuando surgen sedimentos oxidados y aguas del fondo (agua fría y densa cerca del fondo del océano). introducido en el manto terrestre. Esto produce magma con alto contenido de oxígeno y agua.

Nuestra investigación tuvo como objetivo probar si la ausencia de materiales oxidados en las aguas y sedimentos del fondo arcaico podría prevenir la formación de magmas oxidados. La identificación de tales magmas en rocas ígneas neoarcaicas puede proporcionar evidencia de que la subducción y la tectónica de placas ocurrieron hace 2.700 millones de años.

La experiencia

Recolectamos muestras de rocas granitoides de 2750 a 2670 millones de años de edad de la subregión Abibi-Wawa de Haute-Provence, el continente arcaico conservado más grande que se extiende 2000 km desde Winnipeg, Manitoba, hasta el extremo este de Quebec. Esto nos permitió investigar el nivel de oxidación del magma generado durante el Neoarcaico.

Es difícil medir el estado de oxidación de estas rocas ígneas, que se formaron por el enfriamiento y la cristalización del magma o la lava. Los eventos posteriores a la cristalización pueden modificar estas rocas más tarde a través de la deformación, el entierro o el calentamiento.

Así que decidimos echar un vistazo mineral apatitoque está presente cristales de circón en estas rocas. Los cristales de circón pueden soportar las intensas temperaturas y presiones de los eventos posteriores a la cristalización. Conservan pistas sobre el entorno en el que se formaron originalmente y proporcionan la edad exacta de las rocas.

Pequeños cristales de apatita de menos de 30 µm de ancho, del tamaño de una célula de la piel humana, quedan atrapados dentro de los cristales de circón. Contienen azufre. Al medir la cantidad de azufre en la apatita, podemos saber si la apatita creció a partir del magma oxidado.

Pudimos medir con éxito fugacidad de oxígeno del magma Arcaico original, esencialmente la cantidad de oxígeno libre en él, utilizando una técnica especializada llamada espectroscopia de estructura de borde cercano de absorción de rayos X (S-XANES) en el sincrotrón Advanced Photon Source, en Laboratorio Nacional de Argonne en Illinois.

¿Hacer oxígeno del agua?

Descubrimos que el contenido de azufre del magma, que originalmente era cercano a cero, aumentó a 2000 partes por millón en unos 2705 millones de años. Esto indicaba que el magma se había vuelto más rico en azufre. Además, S6+, un tipo de ion de azufre, predomina en la apatita sugirió que el azufre proviene de una fuente oxidada, que corresponde a datos de los cristales de circón anfitrión.

Estos nuevos hallazgos muestran que los magmas oxidados se formaron durante el Neoarcaico hace 2.700 millones de años. Los datos muestran que la falta de oxígeno disuelto en los depósitos oceánicos del Arcaico no impidió la formación de magmas oxidados ricos en azufre en las zonas de subducción. El oxígeno de este magma tuvo que provenir de otra fuente y eventualmente fue liberado a la atmósfera durante las erupciones volcánicas.

Encontramos que la generación de estos magmas oxidados está asociada con importantes eventos de mineralización de oro en el Estado Supremo y Yilgarn Craton (Australia Occidental), lo que indica un vínculo entre estas fuentes ricas en oxígeno y la formación global de mineral de clase mundial.

Las implicaciones de estos magmas oxidados se extienden más allá de la comprensión de la geodinámica de la Tierra primitiva. Anteriormente se pensaba que era poco probable que el magma arcaico pudiera oxidarse cuando agua del océano y: rocas o sedimentos en el fondo del océano no eran

Aunque el mecanismo exacto no está claro, la aparición de estos magmas sugiere que el proceso de subducción, donde el agua del océano se transporta cientos de kilómetros hacia nuestro planeta, genera oxígeno libre. Esto luego oxida el manto recubierto.

Nuestro estudio sugiere que la subducción arcaica puede haber sido un factor vital e impredecible en la oxigenación de la Tierra, a principios respiración de oxígeno hace 2.700 millones de años y también Un importante evento de oxidación que aumentó el oxígeno atmosférico en un dos por ciento entre hace 2450 y 2320 millones de años..

Hasta donde sabemos, la Tierra es el único lugar del Sistema Solar, pasado o presente, con placas tectónicas y subducción activa. Esto sugiere que este estudio puede explicar parcialmente la falta de oxígeno y, en última instancia, también la vida en otros planetas rocosos en el futuro.

Este artículo fue publicado originalmente La conversación Por David Moll en la Universidad Laurentiana y Adán Carlos Simón, y Xuyan Meng en la Universidad de Michigan. Sigue leyendo articulo original aqui.