كمية الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض تجعلها كوكبًا صالحًا للسكن.
يتكون واحد وعشرون بالمائة من الغلاف الجوي من هذا العنصر الواهب للحياة. ولكن في الماضي البعيد – بقدر ما يعود إلى العصر الحديث قبل 2.8 إلى 2.5 مليار سنة – كان هذا الأكسجين غائبًا تقريبًا.
إذن كيف يتأكسد الغلاف الجوي للأرض؟
ابحاثنانشر في علوم الأرض الطبيعيةيضيف احتمالًا جديدًا محيرًا: على الأقل أن بعض الأكسجين الأولي للأرض جاء من مصدر تكتوني عبر حركة القشرة الأرضية وتدميرها.
أرشيان الأرض
يمثل Archean eon ثلث تاريخ كوكبنا ، من 2.5 مليار سنة مضت إلى 4 مليارات سنة ماضية.
كانت هذه الأرض الغريبة عالمًا مائيًا ، مغطاة المحيطات الخضراءملفوفة في ضباب الميثان، وخالية تمامًا من الحياة متعددة الخلايا. جانب غريب آخر لهذا العالم هو طبيعة نشاطه التكتوني.
على الأرض الحديثة ، يُطلق على النشاط التكتوني السائد اسم الصفائح التكتونية ، حيث تغرق القشرة المحيطية – الطبقة الخارجية للأرض تحت المحيطات – في وشاح الأرض (المنطقة الواقعة بين قشرة الأرض ولبها) عند نقاط التقاء تسمى مناطق الاندساس.
ومع ذلك ، هناك جدل كبير حول ما إذا كانت الصفائح التكتونية تعمل في العصور القديمة.
واحدة من خصائص مناطق الاندساس الحديثة هو ارتباطها الصهارة المؤكسدة.
تتشكل هذه الصهارة عندما تتشكل الرواسب المؤكسدة ومياه القاع – المياه الباردة والكثيفة بالقرب من قاع المحيط أدخلت في عباءة الأرض. ينتج هذا الصهارة ذات المحتوى العالي من الأكسجين والماء.
يهدف بحثنا إلى اختبار ما إذا كان عدم وجود مواد مؤكسدة في المياه السفلية ورواسب العصر القديم يمكن أن يمنع تكوين الصهارة المؤكسدة.
يمكن أن يوفر تحديد مثل هذه الصهارة في الصخور النارية النيوآرسية دليلاً على أن الاندساس والصفائح التكتونية حدثت قبل 2.7 مليار سنة.
الخبرة
جمعنا عينات من صخور الجرانيتية التي تعود إلى ما بين 2750 و 2670 مليون سنة في جميع أنحاء مقاطعة أبيتيبي واوا الفرعية في المقاطعة العليا – أكبر قارة أرشينية محفوظة تمتد على مسافة 2000 كيلومتر (1،243 ميلًا) من وينيبيج ، مانيتوبا إلى أقصى الشرق. كيبيك.
سمح لنا هذا بدراسة مستوى أكسدة الصهارة المتولدة خلال العصر الجديد.
يعد قياس حالة أكسدة هذه الصخور النارية – التي تتكون من تبريد وتبلور الصهارة أو الحمم البركانية – تحديًا. قد تكون أحداث ما بعد التبلور قد غيرت هذه الصخور عن طريق التشوه اللاحق أو الدفن أو التسخين.
لذلك قررنا أن ننظر إلى الأباتيت المعدني الذي هو موجود في بلورات زركونيا في هذه الصخور.
يمكن لبلورات الزركون أن تتحمل درجات الحرارة الشديدة والضغوط الناتجة عن أحداث ما بعد التبلور. لديهم أدلة على البيئات التي تشكلوا فيها في الأصل ويقدمون أعمارًا دقيقة للصخور نفسها.
بلورات الأباتيت الصغيرة التي يقل عرضها عن 30 ميكرون – حجم خلية جلد الإنسان – محاصرة داخل بلورات الزركون. تحتوي على الكبريت. بقياس كمية الكبريت في الأباتيت ، يمكننا تحديد ما إذا كان الأباتيت قد نشأ من صهارة مؤكسدة.
تمكنا من قياس هروب الأكسجين من الصهارة الأصلية Archean – وهي أساسًا كمية الأكسجين الحر التي تحتوي عليها – باستخدام تقنية متخصصة تسمى التحليل الطيفي لامتصاص الأشعة السينية بالقرب من هيكل الحافة (S-XANES) في مصدر الفوتون المتقدم السنكروترون في مختبر أرجون الوطني في إلينوي.
توليد الأكسجين من الماء؟
وجدنا أن محتوى الكبريت في الصهارة ، والذي كان في البداية حوالي الصفر ، زاد إلى 2000 جزء في المليون منذ حوالي 2705 مليون سنة. يشير هذا إلى أن الصهارة أصبحت أكثر ثراءً في الكبريت.
وعلاوة على ذلك، فإن غلبة S6 + – نوع من أيون الكبريت – في الأباتيت اقترح أن الكبريت جاء من مصدر مؤكسد ، المقابل بيانات بلورات الزركون المضيفة.
تشير هذه الاكتشافات الجديدة إلى أن الصهارة المؤكسدة تشكلت في العصر الجديد قبل 2.7 مليار سنة. تشير البيانات إلى أن نقص الأكسجين المذاب في خزانات المحيطات القديمة لم يمنع تكوين الصهارة المؤكسدة الغنية بالكبريت في مناطق الاندساس.
يجب أن يكون الأكسجين الموجود في هذه الصهارة قد أتى من مصدر آخر وتم إطلاقه في النهاية في الغلاف الجوي أثناء الانفجارات البركانية.
وجدنا أن وجود هذه الصهارة المؤكسدة يرتبط بأحداث تمعدن الذهب الكبرى في المقاطعة العليا و Yilgarn Craton (أستراليا الغربية) ، مما يدل على وجود صلة بين هذه المصادر الغنية بالأكسجين وتكوين رواسب الذهب. خام عالمي المستوى.
تتجاوز الآثار المترتبة على هذه الصهارة المؤكسدة فهم الديناميكا الجيولوجية للأرض في وقت مبكر. في السابق ، كان يُعتقد أنه من غير المحتمل أن تتأكسد صهارة Archean ، عندما يكون ماء البحر و صخور قاع المحيط أو رواسبه لم يكن.
على الرغم من أن الآلية الدقيقة غير واضحة ، فإن وجود هذه الصهارة يشير إلى أن عملية الاندساس ، حيث يتم نقل مياه المحيطات لمئات الكيلومترات داخل كوكبنا ، تولد أكسجينًا مجانيًا. يؤدي هذا بعد ذلك إلى أكسدة الوشاح العلوي.
تظهر دراستنا أن الاندساس الأركي قد يكون عاملاً حيويًا وغير متوقع في أكسجة الأرض ، في البداية نفث الأكسجين قبل 2.7 مليار سنة وكذلك حدث الأكسدة العظيم ، والذي شهد زيادة بنسبة 2٪ في أكسجين الغلاف الجوي منذ 2.45 – 2.32 مليار سنة.
على حد علمنا ، الأرض هي المكان الوحيد في النظام الشمسي – في الماضي أو الحاضر – مع الصفائح التكتونية والاندساس النشط. يشير هذا إلى أن هذه الدراسة يمكن أن تفسر جزئيًا نقص الأكسجين وفي النهاية الحياة على الكواكب الصخرية الأخرى في المستقبل أيضًا.
ديفيد مولزميل ما بعد الدكتوراه ، علوم الأرض ، جامعة لورنتيان؛ آدم تشارلز سيمونالبروفيسور آرثر ف. ثورناو ، علوم الأرض والبيئة ، جامعة ميشيغانو Xuyang Mengزميل ما بعد الدكتوراه ، علوم الأرض والبيئة ، جامعة ميشيغان
تم إعادة نشر هذه المقالة من الحوار تحت رخصة المشاع الإبداعي. اقرأها المقالة الأصلية.
