Modul în care oceanele antice de magmă ar fi putut crește nivelul de oxigen al Pământului

S-ar putea să avem oceane de magmă antice de care să le mulțumim pentru aerul respirabil al Pământului.

La scurt timp după formarea planetei în urmă cu aproximativ 4,5 miliarde de ani, mantaua a devenit cumva mult mai bogată în oxigen decât era inițial. Acea rocă a început să scurgă molecule precum dioxid de carbon și apă în atmosfera săracă în oxigen – ajutând la pornirea condițiilor potrivite pentru viață cu aproximativ 2 miliarde de ani înainte de Marea Eveniment de Oxidare, când cantitatea de oxigen molecular din atmosferă a crescut vertiginos (SN: 2/6/17).

Cauza acelei tranziții chimice în manta a fost un mister. Acum, noi experimente de laborator sugerează că reacțiile chimice care implică fierul în oceanele de magmă ale Pământului au înclinat echilibrul chimic al mantalei în favoarea unor compuși mai bogați în oxigen, raportează cercetătorii în 30 august. Ştiinţă.

„Aceasta este mai mult decât o curiozitate chimică… Este profund important pentru că într-adevăr pregătește scena pentru întreaga evoluție ulterioară a Pământului”, spune Jonathan Tucker, geochimist la Instituția Carnegie pentru Știință din Washington, DC, care nu a fost implicat în studiul. muncă. „Starea de oxidare a Pământului și a planetelor în general este un factor foarte, foarte important care controlează locuibilitatea.”

La începutul istoriei Pământului, planeta a fost lovită de planetezimale, care ar fi putut crea oceane de rocă topită care s-au scufundat la sute de kilometri adânc în manta. Oamenii de știință au bănuit că presiunea intensă din astfel de oceane de magmă a forțat fierul feros care conținea oxigen să se dividă în două tipuri diferite de fier: unul mai bogat în oxigen, numit fier feric și fier metalic fără oxigen. Acest fier metalic greu s-ar fi scufundat în miezul Pământului, lăsând mantaua dominată de fier feric mai bogat în oxigen.

Pentru a testa această idee, geochimiștii de la Universitatea din Bayreuth din Germania au efectuat experimente de laborator care au simulat condiții la aproximativ 600 de kilometri adâncime în interiorul unui ocean de magmă. În timp ce încălziu materialul sintetic al mantalei la mii de grade Celsius, cercetătorii au folosit nicovale pentru a zdrobi probele topite cu presiuni de până la 20 de gigapascali.

„Acesta este echivalentul cu a pune întreaga masă a Turnului Eiffel pe un obiect de dimensiunea unei mingi de golf”, spune Katherine Armstrong, acum la Universitatea din California, Davis.

Armstrong și colegii săi au măsurat cantitățile de fier feros și feric din probe înainte și după expunerea la aceste condiții extreme. Indiferent cât de mult fier feros a fost inițial în rocă, la cele mai mari presiuni, 96% din fierul din produsul final era fier feric bogat în oxigen.

Această descoperire indică faptul că, în adâncul unui ocean de magmă, fierul feric este mai stabil, explică Armstrong. Orice fier feros la acele adâncimi s-ar putea descompune în fier feric, eliminând fier metalic care s-ar scufunda până la miez.

Aceste rezultate sunt dovezi „destul de convingătoare” că descompunerea chimică a fierului feros din oceanele de magmă ar fi putut contribui la creșterea abundenței relative de oxigen în mantaua timpurie a Pământului, spune Tucker. Dar nu este încă clar dacă acest proces chimic a fost singurul care a contribuit la creșterea oxigenului în atmosfera timpurie a Pământului, adaugă el.

Afu Lin, un fizician mineral de la Universitatea din Texas din Austin, care nu a fost implicat în lucrare, consideră, în mod similar, descompunerea fierului feros o explicație plauzibilă pentru atmosfera bogată în oxigen a Pământului. Cercetătorii ar putea ajuta la validarea acestui cont, spune el, căutând semnături chimice ale procesului în rocile timpurii ale Pământului și diamantele superprofunde din manta (SN: 15/08/19).