كمية الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض تجعلها كوكبًا صالحًا للسكن.
واحد وعشرون بالمائة من الغلاف الجوي يتكون من هذا العنصر الواهب للحياة. ولكن في الماضي العميق – العصر الجديد ، منذ 2.8 إلى 2.5 مليار سنة – هذا الأكسجين غير موجود تقريبًا.
إذن ، كيف تأكسد الغلاف الجوي للأرض؟
دراستنانشرت في علوم الأرض الطبيعيةيضيف احتمالًا جديدًا: على الأقل ، جاء بعض الأكسجين المبكر على الأرض من مصدر تكتوني من خلال 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 وكانت مغطاة المحيطات الخضراءمغلق ضباب الميثان، وخالية تمامًا من الحياة متعددة الخلايا. ميزة غريبة أخرى لهذا العالم هي طبيعة نشاطه التكتوني.
على الأرض الحديثة ، يُطلق على النشاط التكتوني السائد اسم الصفائح التكتونية ، حيث تندمج القشرة المحيطية – الطبقة الخارجية للأرض تحت المحيطات – في قشرة الأرض (المنطقة الواقعة بين قشرة الأرض ولبها) عند نقاط تسمى مناطق الاندساس. .
ومع ذلك ، هناك جدل كبير حول ما إذا كانت الصفائح التكتونية كانت نشطة مرة أخرى خلال العصر الأركي.
سمة من سمات المناطق دون الإقليمية الحديثة هو اتصالها الصهارة المؤكسجة.
تشكل هذه الصهارة رواسب مؤكسدة وماء قاع – ماء بارد كثيف بالقرب من قاع المحيط. تم تقديم عباءة الأرض. ينتج الصهارة التي تحتوي على نسبة عالية من الأكسجين والماء.
كان الهدف من بحثنا هو اختبار ما إذا كان نقص المواد المؤكسدة في مياه قاع أرشيان والرواسب 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.
اختبار
جمعنا عينات من الصخور الجرانيتية – عمرها 2750 إلى 2670 مليون سنة – من مقاطعة أبيتيبي واوا الفرعية ، وهي أكبر قارة أثرية محفوظة ، على بعد حوالي 2000 كيلومتر (1،243 ميلًا) من وينيبيغ. كيبيك
سمح لنا هذا بالتحقيق في درجة أكسدة الصهارة التي تشكلت خلال العصر الجديد.
يعد قياس حالة أكسدة صخور الصهارة – التي تشكلت عن طريق تبريد وتبلور الصهارة أو الحمم البركانية – أمرًا صعبًا. قد تكون أحداث ما بعد التبلور قد غيرت هذه الصخور عن طريق التحول اللاحق أو الدفن أو التسخين.
لذلك ، قررنا أن نلقي نظرة الأباتيت المعدني في داخل بلورات الزركون في هذه الصخور.
يمكن أن تتحمل بلورات الزركون درجات الحرارة القصوى والضغوط لأحداث ما بعد التبلور. يحتفظون بأدلة حول البيئات التي تشكلوا فيها في الأصل ويعطون الصخور عمرًا دقيقًا.
بلورات الأباتيت الصغيرة التي يقل عرضها عن 30 ميكرون – حجم خلية جلد الإنسان – مغروسة في بلورات الزركون. تحتوي على الكبريت. من خلال قياس كمية الكبريت في الأباتيت ، يمكننا تحديد ما إذا كان الأباتيت قد نما من الصهارة المؤكسدة.
تمكنا من التوسع بنجاح زوال الأكسجين من الصهارة Archean الأصلية – والتي هي أساسًا كمية الأكسجين الحر التي تحتوي عليها – يتم تحديدها بواسطة التحليل الطيفي لبنية الحافة القريبة من امتصاص الأشعة السينية (S-XANES) في Advanced Photon Source Synchrotron مختبر أرجون الوطني في إلينوي.
إنتاج الأكسجين من الماء؟
وجدنا أن محتوى كبريت الصهارة زاد من صفر إلى 2000 جزء في المليون في 2705 مليون سنة. يشير هذا إلى أن الصهارة أصبحت غنية بالكبريت.
بالإضافة إلى ذلك ، فإن الأباتيت له غلبة S6 + – نوع من أيون الكبريت اقترح الكبريت ، من مصدر مؤكسد ، أن التطبيق البيانات من بلورات الزركون المضيفة.
تشير هذه النتائج الجديدة إلى أن الصهارة المؤكسجة تشكلت خلال العصر الحديث ، قبل 2.7 مليار سنة. تشير البيانات إلى أن نقص الأكسجين المذاب في الخزانات المحيطية 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.
لقد وجدنا أن حدوث هذه الصهارة المؤكسجة مرتبط بأحداث تمعدن الذهب الكبرى في المقاطعة العليا و Yilcorn Craton (أستراليا الغربية) ، مما يدل على وجود صلة بين هذه المصادر الغنية بالأكسجين وتشكيل رواسب خام عالمية المستوى.
إن الآثار المترتبة على هذه الصهارة المؤكسدة تتجاوز فهمنا للديناميكا الجيولوجية للأرض المبكرة. في السابق ، كان يُعتقد أنه من غير المحتمل أن تتأكسد الصهارة Archean مياه البحر و صخور قاع البحر أو رواسب رقم.
على الرغم من أن الآلية الدقيقة غير واضحة ، فإن حدوث هذه الصهارة يشير إلى أن عملية الاندساس حيث يتم أخذ مياه المحيطات على بعد مئات الكيلومترات على كوكبنا تنتج أكسجينًا مجانيًا. يؤدي هذا بعد ذلك إلى أكسدة الوشاح العلوي.
تظهر دراستنا أن القهر الأركي ربما كان عاملاً مهمًا وغير متوقع في أكسجة الأرض. انفجر الأكسجين قبل 2.7 مليار سنة و ال حدث الأكسدة العظيم ، الذي أدى إلى زيادة الأكسجين في الغلاف الجوي بنسبة 2٪ بين 2.45 و 2.32 مليار سنة مضت..
بقدر ما نعلم ، فإن الأرض هي المكان الوحيد في النظام الشمسي – في الماضي أو الحاضر – الذي تشارك فيه الصفائح التكتونية ونشطة. يشير هذا إلى أن الدراسة قد تلقي بعض الضوء على نقص الأكسجين ، وفي النهاية ، الحياة على الكواكب الصخرية الأخرى في المستقبل.
ديفيد مولزميل ما بعد الدكتوراه ، علوم الأرض ، جامعة لورنتيان؛ آدم تشارلز سيمونآرثر ف. أستاذ ثورناو ، علوم الأرض والبيئة ، جامعة ميشيغانو Xuyang Mengزميل ما بعد الدكتوراه ، علوم الأرض والبيئة ، جامعة ميشيغان
تم إعادة نشر هذه المقالة محادثة تحت رخصة المشاع الإبداعي. واصل القراءة المقالة الأصلية.
