De unde a venit oxigenul pe Pământ: un nou studiu sugerează o sursă neașteptată

Ar putea procesele tectonice de la începutul Pământului să fi contribuit la oxigenul de pe Terra?

Douăzeci și unu la sută din atmosferă constă din acest element dătător de viață. Dar în trecutul profund – încă din era Neoarheană, acum 2,8 până la 2,5 miliarde de ani – acest oxigen era aproape absent.

Deci, cum s-a oxigenat atmosfera Pământului? O nouă cercetare publicată în Nature Geoscience adaugă o nouă posibilitate tentantă: că cel puțin o parte din oxigenul timpuriu al Pământului a provenit dintr-o sursă tectonică prin mișcarea și distrugerea scoarței terestre.

Eonul arhean reprezintă o treime din istoria planetei noastre, de acum 2,5 miliarde de ani, până în urmă cu patru miliarde de ani. Acest Pământ străin era o lume de apă, acoperită de oceane verzi, învăluită într-o ceață de metan și lipsită complet de viață multicelulară. Un alt aspect străin al acestei lumi a fost natura activității sale tectonice.

Pe Pământul modern, activitatea tectonică dominantă se numește tectonica plăcilor, unde crusta oceanică – stratul cel mai exterior al Pământului sub oceane – se scufundă în mantaua Pământului (zona dintre scoarța terestră și nucleul său) în puncte de convergență, numite zone de subducție. Cu toate acestea, există o dezbatere considerabilă asupra faptului dacă tectonica plăcilor a funcționat în epoca arheică.

O caracteristică a zonelor de subducție moderne este asocierea lor cu magmele oxidate. Aceste magme se formează atunci când sedimentele oxidate și apele de fund – apa rece și densă lângă fundul oceanului – sunt introduse în mantaua Pământului. Aceasta produce magme cu conținut ridicat de oxigen și apă.

Cercetarea în cauză și-a propus să testeze dacă absența materialelor oxidate în apele și sedimentele de fund arheean ar putea preveni formarea magmelor oxidate. Identificarea unor astfel de magme în rocile magmatice neoarheene ar putea oferi dovezi că subducția și tectonica plăcilor au avut loc acum 2,7 miliarde de ani.

De unde a venit oxigenul pe Terra

Astfel, cercetătorii au colectat mostre de roci granitoide vechi de 2750 până la 2670 de milioane de ani din subprovincia Abitibi-Wawa, din provincia Superior – cel mai mare continent arhean conservat, care se întinde pe 2000 km de la Winnipeg, Manitoba până în estul îndepărtat al Quebecului. Acest lucru le-a permis cercetătorilor să investigheze nivelul de oxidare al magmelor generate de-a lungul erei neoarheice.

Măsurarea stării de oxidare a acestor roci magmatice – formate prin răcirea și cristalizarea magmei sau a lavei – este o provocare. Evenimentele post-cristalizare au putut modificaa aceste roci prin deformare, îngropare sau încălzire ulterioară.

Deci, oamenii de știință au decis să se uite la apatita minerală care este prezentă în cristalele de zircon din aceste roci. Cristalele de zircon pot rezista temperaturilor și presiunilor intense ale evenimentelor post-cristalizare. Ele păstrează indicii despre mediile în care s-au format inițial și oferă vârste precise pentru rocile în sine. Cristale mici de apatită care au o lățime mai mică de 30 de microni – de dimensiunea unei celule ale pielii umane – sunt prinse în cristalele de zircon și conțin sulf. Măsurând cantitatea de sulf din apatită, se poate stabili dacă apatita a crescut dintr-o magmă oxidată.

Astfel, s-a măsurat cu succes fugacitatea oxigenului magmei arheene originale – care este în esență cantitatea de oxigen liber din ea – folosind o tehnică specializată numită spectroscopie cu absorbție de raze X, în apropierea structurii marginii (S-XANES) la sincrotronul Advanced Photon Source, la Laboratorul Național Argonne din Illinois.

Așadar, s-a descoperit că conținutul de sulf în magmă, care a fost inițial în jurul valorii de zero, a crescut la 2000 părți per milion în aproximativ 2705 milioane de ani. Acest lucru a indicat că magmele au devenit mai bogate în sulf. În plus, predominanța S6+ – un tip de ion sulfer – în apatită a sugerat că sulful provine dintr-o sursă oxidată, potrivindu-se cu datele de la cristalele de zircon gazdă.

Aceste noi descoperiri indică faptul că magmele oxidate s-au format în epoca neoarheană acum 2,7 miliarde de ani. Datele arată că lipsa oxigenului dizolvat în rezervoarele oceanului Archean nu a împiedicat formarea de magme oxidate bogate în sulf în zonele de subducție. Oxigenul din aceste magme trebuie să fi venit dintr-o altă sursă și, în cele din urmă, a fost eliberat în atmosferă în timpul erupțiilor vulcanice.