De onde veio o oxigênio da Terra? Um novo estudo sugere uma fonte inesperada

quantidade de oxigênio A atmosfera da Terra faz dela um planeta habitável.

Vinte e um por cento da atmosfera consiste neste elemento vivificante. Mas no passado remoto – já na era moderna, 2,8 a 2,5 bilhões de anos atrás – Este oxigênio estava quase ausente.

Então, como a atmosfera da Terra se tornou oxigenada?

nossa pesquisapublicado em Ciências Naturais da Terraacrescenta uma nova possibilidade tentadora: que pelo menos parte do oxigênio inicial da Terra veio de uma fonte tectônica através do movimento e destruição da crosta terrestre.

terra arqueana

O éon arqueano representa um terço da história do nosso planeta, de 2,5 bilhões de anos atrás até os últimos quatro bilhões de anos.

Esta estranha terra era um mundo de água coberto oceanos verdesenvolto em névoa de metano, e completamente carente de vida multicelular. Outro aspecto estranho deste mundo é a natureza de sua atividade tectônica.

Na Terra moderna, a atividade tectônica dominante é chamada de placas tectônicas, onde a crosta oceânica – a camada mais externa de terra sob os oceanos – afunda no manto da Terra (a área entre a crosta e o núcleo da Terra) em pontos de encontro chamados zonas de subducção. No entanto, há um debate considerável sobre se as placas tectônicas voltaram na era arqueana.

Uma característica das zonas de subducção recentes é sua conectividade magma oxidado. Esse magma se forma quando sedimentos oxidados e águas profundas – águas frias e densas – se formam perto do fundo do oceano. inserido no manto da Terra. Isso produz magma com maior teor de oxigênio e água.

Nossa pesquisa visa testar se a ausência de oxidantes em águas e sedimentos de fundo arqueano pode impedir a formação de magmas oxidados. A identificação desse magma em novas rochas ígneas pode fornecer evidências de que a subducção e as placas tectônicas ocorreram há 2,7 bilhões de anos.

Experiência

Coletamos amostras de rochas graníticas de 2.750 a 2.670 milhões de anos do subdistrito de Abetepe Wawa, na Província Superior – o maior continente arqueano preservado, estendendo-se por 2.000 quilômetros de Winnipeg, Manitoba, até o extremo leste de Quebec. Isso nos permitiu investigar o nível de oxidação do magma gerado ao longo da nova era.

Medir o estado de oxidação dessas rochas ígneas – formadas por meio do resfriamento e cristalização de magma ou lava – é um desafio. Eventos pós-cristalização podem ter modificado essas rochas por meio de deformação, soterramento ou aquecimento subsequente.

Então, decidimos dar uma olhada no mineral apatitalocalizado em cristais de zircônio nestas rochas. Os cristais de zircônio podem suportar temperaturas extremas e tensões de eventos pós-cristalização. Eles contêm pistas sobre os ambientes em que foram originalmente formados e fornecem idades precisas para as próprias rochas.

Minúsculos cristais de apatita com menos de 30 mícrons de largura – o tamanho de uma célula da pele humana – estão presos nos cristais de zircônio. conter enxofre. Ao medir a quantidade de enxofre na apatita, podemos determinar se a apatita cresceu a partir de magmas oxidados.

conseguimos medir escape de oxigênio do magma arqueano original – que é basicamente a quantidade de oxigênio livre nele – usando uma técnica especializada chamada espectroscopia de absorção de raios-X perto da estrutura da borda (S-XANES) na Fonte Avançada de Fótons do Síncrotron Laboratório Nacional Argonne em Illinois.

Fazendo oxigênio a partir da água?

Descobrimos que o teor de enxofre do magma, que inicialmente era cerca de zero, aumentou para 2.000 ppm há cerca de 2.705 milhões de anos. Isso indica que o magma se tornou rico em enxofre. Além disso, o Predominância de S6+ – um tipo de íon enxofre – na apatita Ele sugeriu que o enxofre era de uma fonte oxidada, idêntica Dados de cristais de zircônio hospedeiro.

Essas novas descobertas indicam que magmas oxidados se formaram na era moderna, há 2,7 bilhões de anos. Os dados mostram que a falta de oxigênio dissolvido nos reservatórios arqueanos não impediu a formação de magmas oxidados ricos em enxofre nas zonas de subducção. O oxigênio neste magma deve ter vindo de outra fonte e acabou sendo liberado na atmosfera durante as erupções vulcânicas.

Descobrimos que a ocorrência desses magmas oxidados se correlaciona com os principais eventos de mineralização de ouro na Província Superior e no Craton de Yilgarn (Austrália Ocidental), demonstrando uma ligação entre essas fontes ricas em oxigênio e a formação de depósitos globais de minério.

As implicações desse magma oxidado vão além da compreensão da geodinâmica da Terra primitiva. Anteriormente, pensava-se que o magma arqueano era menos propenso a oxidar quando é água do oceano E a Rochas ou sedimentos do fundo do oceano não foi.

Embora o mecanismo exato não seja claro, a ocorrência desse magma indica que o processo de subducção, no qual a água do oceano é transportada centenas de quilômetros para dentro do nosso planeta, gera oxigênio livre. Isso então oxida o manto superior.

Nosso estudo mostra que a subducção arqueana pode ser um fator vital inesperado na oxigenação da Terra, no início Oxigênio cheira a 2,7 bilhões de anos atrás também O Grande Evento de Oxidação, que viu o oxigênio atmosférico aumentar em 2% de 2,45 para 2,32 bilhões de anos atrás.

Tanto quanto sabemos, a Terra é o único lugar no sistema solar – passado ou presente – com placas tectônicas ativas e subducção. Isso sugere que este estudo poderia explicar parcialmente a falta de oxigênio e, eventualmente, a vida em outros planetas rochosos no futuro também.

Este artigo foi originalmente publicado Conversação por David Moll na Universidade Laurentian, e Adão Carlos Simão, e Xuyang Meng na Universidade de Michigan. Leia o O artigo original está aqui.