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

cantidad de oxigeno 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 remoto, tan atrás como en la era moderna, hace entre 2800 y 2500 millones de años, Este oxígeno estaba casi ausente..

Entonces, ¿cómo se oxigenó la atmósfera de la Tierra?

Nuestra investigaciónpublicado en Ciencias Naturales de la Tierraagrega una nueva y tentadora posibilidad: que 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 2500 millones de años hasta los últimos 4000 millones de años.

Esta tierra extraña era un mundo de agua cubierto océanos verdesenvuelto en neblina de metano, y completamente carente de vida multicelular. Otro aspecto extraño de este mundo es la naturaleza de su actividad tectónica.

En la Tierra moderna, la actividad tectónica dominante se llama tectónica de placas, donde la corteza oceánica, la capa más externa de tierra debajo de los océanos, se hunde en el manto terrestre (el área entre la corteza y el núcleo de la Tierra) en puntos de encuentro llamados zonas de subducción. Sin embargo, existe un debate considerable sobre si la tectónica de placas regresó en la era Arcaica.

Una característica de las zonas de subducción recientes es su conectividad magma oxidado. Este magma se forma cuando los sedimentos oxidados y las aguas del fondo (aguas frías y densas) se forman cerca del fondo del océano. insertado en el manto terrestre. Esto produce magma con un mayor contenido de oxígeno y agua.

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

Experiencia

Recolectamos muestras de rocas graníticas de 2750 a 2670 millones de años de antigüedad en todo el subdistrito Abetepe Wawa de la Provincia Superior, el continente arcaico conservado más grande que se extiende 2000 kilómetros desde Winnipeg, Manitoba, hasta el extremo este de Quebec. Esto nos permitió investigar el nivel de oxidación del magma generado a lo largo de la nueva era.

Medir el estado de oxidación de estas rocas ígneas, formadas a través del enfriamiento y la cristalización de magma o lava, es un desafío. Los eventos posteriores a la cristalización pueden haber modificado estas rocas a través de la deformación, el entierro o el calentamiento posterior.

Entonces, decidimos echar un vistazo a la mineral apatitosituado en cristales de circón en estas rocas. Los cristales de circón pueden soportar temperaturas extremas y tensiones de eventos posteriores a la cristalización. Contienen pistas sobre los entornos en los que se formaron originalmente y proporcionan edades precisas para las rocas mismas.

Diminutos cristales de apatita de menos de 30 micrones de ancho, del tamaño de una célula de piel humana, están atrapados en los cristales de circón. contienen azufre. Al medir la cantidad de azufre en la apatita, podemos determinar si la apatita ha crecido a partir de magmas oxidados.

logramos medir escape de oxigeno del magma arcaico original, que es básicamente la cantidad de oxígeno libre que contiene, utilizando una técnica especializada llamada espectroscopia de absorción de rayos X cerca de la estructura del borde (S-XANES) en la Fuente Avanzada de Fotones del Sincrotrón Laboratorio Nacional de Argonne en Illinois.

¿Hacer oxígeno del agua?

Descubrimos que el contenido de azufre del magma, que inicialmente era de cero, aumentó a 2000 ppm hace unos 2705 millones de años. Esto indica que el magma se ha vuelto rico en azufre. además, el Predominio de S6+ – un tipo de ion azufre – en apatito Sugirió que el azufre provenía de una fuente oxidada, idéntica Datos de cristales de circón huésped.

Estos nuevos hallazgos indican que los magmas oxidados se formaron en la era moderna, hace 2.700 millones de años. Los datos muestran que la falta de oxígeno disuelto en los depósitos arcaicos no impidió la formación de magmas oxidados ricos en azufre en las zonas de subducción. El oxígeno en este magma debe haber venido de otra fuente y eventualmente fue liberado a la atmósfera durante las erupciones volcánicas.

Encontramos que la ocurrencia de estos magmas oxidados se correlaciona con los principales eventos de mineralización de oro en la Provincia Superior y Yilgarn Craton (Australia Occidental), lo que demuestra un vínculo entre estas fuentes ricas en oxígeno y la formación de depósitos de mineral global.

Las implicaciones de este magma oxidado van más allá de la comprensión de la geodinámica de la Tierra primitiva. Anteriormente, se pensaba que era menos probable que el magma arcaico se oxidara cuando se agua del océano Y el Rocas o sedimentos del fondo del océano no ha sido.

Si bien el mecanismo exacto no está claro, la aparición de este magma indica que el proceso de subducción, en el que el agua del océano se transporta cientos de kilómetros hacia nuestro planeta, genera oxígeno libre. Esto luego oxida el manto superior.

Nuestro estudio muestra que la subducción arcaica puede ser un factor vital inesperado en la oxigenación de la Tierra, a principios Bocanadas de oxígeno hace 2.700 millones de años también El Gran Evento de Oxidación, en el que el oxígeno atmosférico aumentó en un 2 % de hace 2450 a 2320 millones de años.

Hasta donde sabemos, la Tierra es el único lugar del sistema solar, pasado o presente, con tectónica de placas activas y subducción. Esto sugiere que este estudio podría explicar parcialmente la falta de oxígeno y, eventualmente, también la vida en otros planetas rocosos en el futuro.

Este artículo fue publicado originalmente Conversación por David Moll en la Universidad Laurentiana y Adán Carlos Simón, y Xuyang Meng en la Universidad de Michigan. Leer el El artículo original está aquí.