كمية الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض يجعلها 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 أربعة مليارات سنة مضت.
كانت هذه الأرض الغريبة عالمًا مائيًا مغطى 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 عن هذا صهارة تحتوي على نسبة عالية 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 يعود تاريخها إلى 2750 و 2670 مليون سنة في جميع أنحاء مقاطعة أبيتيبي واوا الفرعية في المقاطعة العليا – وهي أكبر قارة أرشيان محفوظة تمتد على أكثر من 2000 كيلومتر من وينيبيغ ، مانيتوبا إلى أقصى شرق 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 المعدنية الأباتيتوهو 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. من خلال قياس 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 الحديث 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 مرتبط بأحداث تمعدن الذهب الكبرى في المقاطعة العليا و Yilgarn Craton (أستراليا الغربية) ، مما يدل على وجود صلة بين هذه المصادر الغنية بالأكسجين وتكوين رواسب خام عالمية.
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.
بقدر ما نعلم ، فإن الأرض هي المكان الوحيد في النظام الشمسي – في الماضي أو الحاضر – مع الصفائح التكتونية النشطة والاندساس. يشير هذا إلى أن هذه الدراسة يمكن أن تفسر جزئيًا نقص الأكسجين وفي النهاية الحياة على الكواكب الصخرية الأخرى في المستقبل أيضًا.
تم نشر هذه المقالة في الأصل الحوار بواسطة ديفيد مول في جامعة Laurentian ، و آدم تشارلز سيمون ، و Xuyang Meng من جامعة ميشيغان. اقرأها المقال الأصلي هنا.
