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研究笔记:ScienceAlert,地球的氧气来自一个意想不到的深而热的来源

地球大气中的氧气含量使其成为宜居行星。

百分之二十一的大气层由这种赋予生命的元素组成。 但在遥远的过去——早在现代,2.8 到 25 亿年前—— 这种氧气几乎不存在.

那么地球大气层是如何含氧的呢?

我们的研究, 出版于 自然地球科学,增加了一个诱人的新可能性:地球早期的氧气至少有一部分来自地壳运动和破坏的构造来源。

太古大陆

太古宙代表了地球历史的三分之一,从 25 亿年前到 40 亿年前。

这片陌生的土地是一个被覆盖的水世界 绿色海洋笼罩在 甲烷雾霾,并且完全缺乏多细胞生命。 这个世界的另一个奇怪的方面是它构造活动的性质。

在现代地球上,主要的构造活动称为板块构造,其中洋壳——海洋下方陆地的最外层——在称为俯冲带的交汇点处沉入地幔(地壳和地核之间的区域)。

然而,关于板块构造是否在太古代时代卷土重来存在相当大的争论。

近期俯冲带的一个特征是它们的连通性 氧化岩浆.

当氧化沉积物和底层水——寒冷、稠密的水——在海底附近形成时,就会形成这种岩浆。 插入地幔. 这产生了具有高氧和水含量的岩浆。

我们的研究旨在测试太古宙底部水域和沉积物中氧化剂的缺乏是否可以阻止氧化岩浆的形成。

在新的火成岩中鉴定出这种岩浆可以提供证据表明俯冲和板块构造发生在 27 亿年前。

经验

我们从 Upper Province 的 Abitibi Wawa 分区收集了 2,750 至 26.7 亿年历史的花岗岩样本,这是保存最完好的太古代大陆,从马尼托巴省的温尼伯一直延伸到远东,绵延 2,000 公里(1,243 英里)。 魁北克。

这使我们能够研究整个新时代产生的岩浆氧化水平。

测量这些通过岩浆或熔岩冷却和结晶形成的火成岩的氧化态具有挑战性。 结晶后事件可能通过变形、掩埋或随后的加热改变了这些岩石。

所以,我们决定看看 矿物磷灰石 它位于 锆石晶体 在这些岩石中。

锆石晶体可以承受结晶后事件的极端温度和压力。 它们掌握着有关它们最初形成环境的线索,并为岩石本身提供了准确的年龄。

小于 30 微米宽的微小磷灰石晶体(人类皮肤细胞的大小)被困在锆石晶体中。 含硫。 通过测量磷灰石中的硫含量,我们可以确定磷灰石是否是从氧化岩浆中生长出来的。

我们设法测量 氧气逸出 原始的太古宙岩浆——这基本上是其中有多少游离氧——在边缘结构附近使用一种称为 X 射线吸收光谱的专门技术(S-氧烷) 在同步加速器的高级光子源 伊利诺伊州阿贡国家实验室.

用水制造氧气?

我们发现岩浆中的硫含量最初约为零,但在大约 27.05 亿年前增加到 2000 ppm。 这表明岩浆已经变得富含硫。

除此之外 S6 + 的优势 – 一种硫离子 – 在磷灰石中 他建议硫来自氧化源,相同 来自主体锆石晶体的数据。

这些新发现表明,氧化岩浆形成于 27 亿年前的现代时期。 数据表明,太古代储层中溶解氧的缺乏并没有阻止俯冲带富含硫的氧化岩浆的形成。

岩浆中的氧气一定来自其他来源,并最终在火山喷发期间释放到大气中。

我们发现这些氧化岩浆的出现与上省和 Yilgarn Craton(西澳大利亚)的主要金矿化事件相关,证明了这些富氧源与世界级矿床形成之间的联系。

这种氧化岩浆的影响超出了对早期地球动力学的理解。 此前,人们认为太古宙岩浆不太可能氧化,当 海水海底岩石或沉积物 一直没有。

虽然确切的机制尚不清楚,但这种岩浆的出现表明,海水被输送到地球数百公里的俯冲过程产生了游离氧。 然后这会氧化上地幔。

我们的研究表明,太古代俯冲可能是地球早期氧合作用的一个意想不到的重要因素 27亿年前的氧气 还有 大氧化事件,大气中的氧气从 245 亿年前增加了 2% 至 23.2 亿年前.

据我们所知,无论过去还是现在,地球是太阳系中唯一存在活跃板块构造和俯冲作用的地方。 这表明这项研究可以部分解释氧气的缺乏,并最终解释未来其他岩石行星上的生命。

大卫商城博士后研究员, 地球科学, 劳伦森大学; 亚当查尔斯西蒙Arthur Thornow 地球与环境科学教授, 密歇根大学孟旭阳博士后研究员, 地球与环境科学, 密歇根大学

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