地球の酸素はどこから来たの？ 新しい研究は、予期しないソースを示唆しています

酸素量 地球の大気は、地球を居住可能な惑星にしています。

大気の 21% は、生命を与えるこの元素で構成されています。 しかし、はるか昔、28 億年から 25 億年前の現代にまでさかのぼります。 この酸素はほとんどありませんでした.

では、地球の大気はどのようにして酸素化されたのでしょうか?

私たちの研究、 に発表されました 自然地球科学、興味をそそる新しい可能性を追加します: 地球の初期の酸素の少なくとも一部は、地球の地殻の移動と破壊を通じて地殻変動源から来たということです。

太古の土地

始生代のイオンは、25 億年前から過去 40 億年までの地球の歴史の 3 分の 1 を表しています。

この奇妙な土地は覆われた水の世界でした 緑の海包まれた メタンヘイズ、そして多細胞生活を完全に欠いています。 この世界のもう 1 つの奇妙な側面は、その構造活動の性質です。

現在の地球では、主な構造活動はプレート テクトニクスと呼ばれ、海洋地殻 (海の下にある陸地の最外層) が、沈み込み帯と呼ばれる会合点で地球のマントル (地球の地殻とコアの間の領域) に沈み込んでいます。 しかし、始生代にプレートテクトニクスが復活したかどうかについては、かなりの議論があります。

最近の沈み込み帯の特徴の 1 つは、それらの接続性です 酸化したマグマ. このマグマは、酸化された堆積物と底層水 (冷たくて濃い水) が海底近くに形成されるときに形成されます。 地球のマントルに挿入された. これにより、酸素と水分を多く含むマグマが生成されます。

私たちの研究は、始生代の底水と堆積物に酸化剤が存在しないことが酸化マグマの形成を防ぐことができるかどうかをテストすることを目的としています。 新しい火成岩でそのようなマグマが確認されれば、沈み込みとプレート テクトニクスが 27 億年前に発生したという証拠が得られる可能性があります。

経験

私たちは、アッパー州のアベテペ ワワ準地区から 2,750 ～ 2,670 百万年前の花崗岩のサンプルを収集しました。これは、マニトバ州ウィニペグからケベック州極東まで 2,000 キロメートルに及ぶ、保存されている最大の太古の大陸です。 これにより、新時代を通じて生成されたマグマの酸化レベルを調査することができました。

マグマや溶岩の冷却と結晶化によって形成されたこれらの火成岩の酸化状態を測定することは困難です。 結晶化後のイベントは、変形、埋没、またはその後の加熱によってこれらの岩石を変更した可能性があります。

それで、私たちは見てみることにしました ミネラル アパタイト、 にあります ジルコン結晶 これらの岩で。 ジルコン結晶は、結晶化後の極端な温度や応力に耐えることができます。 それらは、それらが最初に形成された環境についての手がかりを保持し、岩自体の正確な年齢を提供します.

幅 30 ミクロン未満 (人間の皮膚細胞のサイズ) の小さなアパタイト結晶が、ジルコン結晶に閉じ込められています。 硫黄が含まれています。 アパタイト中の硫黄の量を測定することで、アパタイトが酸化したマグマから成長したかどうかを判断できます。

なんとか測定できました 酸素エスケープ 元の始生代のマグマの – 基本的にその中の遊離酸素の量である – リム構造近くのX線吸収分光法と呼ばれる特殊な技術を使用して (S-ザネス) シンクロトロンの高度な光子源で イリノイ州のアルゴンヌ国立研究所.

水から酸素を作る？

当初ゼロ程度だったマグマの硫黄分が、約27億5000万年前には2000ppmまで増加したことがわかりました。 これは、マグマが硫黄に富んだことを示しています。 加えて アパタイト中の硫黄イオンの一種であるS6+の優位性 彼は硫黄が酸化された源からのものであると示唆しました。 ホストジルコン結晶からのデータ。

これらの新しい発見は、27 億年前の現代に酸化マグマが形成されたことを示しています。 データは、始生代の貯留層に溶存酸素が不足していても、沈み込み帯での硫黄に富む酸化マグマの形成を妨げなかったことを示しています。 このマグマ中の酸素は、別の源から来て、最終的に火山噴火の間に大気中に放出されたにちがいない.

これらの酸化したマグマの発生は、アッパー州とイルガーン クラトン (西オーストラリア州) での主要な金の鉱化イベントと相関し、これらの酸素に富む供給源と地球規模の鉱床の形成との関連性を示していることがわかりました。

この酸化したマグマの意味するところは、初期の地球の地球力学を理解することだけではありません。 以前は、始生代のマグマは酸化しにくいと考えられていました。 海水 そしてその 海底の岩石または堆積物 されていません。

正確なメカニズムは明らかではありませんが、このマグマの発生は、海の水が私たちの惑星に数百キロ運ばれる沈み込みのプロセスが遊離酸素を生成することを示しています。 これにより、上部マントルが酸化されます。

私たちの研究は、始生代の沈み込みが、初期の地球の酸素化における予想外の重要な要因である可能性があることを示しています 27億年前の酸素の匂い 同じように 2.45 億年前から 23.2 億年前に大気中の酸素が 2% 増加した大酸化イベント.

私たちの知る限り、地球は太陽系で唯一、過去にせよ現在にせよ、プレート テクトニクスと沈み込みが活発な場所です。 これは、この研究が酸素の欠乏を部分的に説明し、最終的には将来の他の岩石惑星の生命も説明できることを示唆しています.

この記事は最初に公開されました 会話 デビッド・モール ローレンシア大学で、 アダム・チャールズ・サイモン ミシガン大学のXuyang Meng。 読む 元記事はこちら.