Как древние океаны магмы могли повысить уровень кислорода на Земле

Химические реакции с участием железа могли привести к увеличению содержания кислорода в мантии, — пишет  sciencenews.org  со ссылкой на Science. Железосодержащие соединения в магматических океанах ранней Земли, возможно, помогли создать планету, богатую кислородом и поддерживающую жизнь.

Железосодержащие соединения в магматических океанах ранней Земли (на рисунке), возможно, помогли создать планету, богатую кислородом и поддерживающую жизнь.© Simone Marchi, NASAЖелезосодержащие соединения в магматических океанах ранней Земли (на рисунке),
возможно, помогли создать планету, богатую кислородом и поддерживающую жизнь.
© Simone Marchi, NASA

Вскоре после образования планеты, около 4,5 миллиардов лет назад, мантия почему-то стала намного богаче кислородом, чем была изначально. Она начала пропускать молекулы углекислого газа и воды в бедную кислородом атмосферу, что помогло создать условия, благоприятные для жизни примерно за 2 миллиарда лет до Великого кислородного события, когда количество молекулярного кислорода в атмосфере резко возросло.

Причина этого химического перехода в мантии была загадкой. Теперь новые лабораторные эксперименты показывают, что химические реакции с участием железа в ранних земных магматических океанах нарушали химический баланс мантии в пользу более богатых кислородом соединений.

«Это больше, чем любопытный химический факт… Это явление очень важно, потому что оно действительно закладывает основу для всей последующей эволюции Земли, — говорит Джонатан Такер — геохимик из Научного института Карнеги в Вашингтоне (округ Колумбия), который не был вовлечен в работу. — Процесс окисления Земли и планет в целом является очень и очень важным фактором, контролирующим обитаемость».

В начале истории Земли планета была избита планетезималями, которые могли создать океаны из расплавленной породы, погруженные на сотни километров вглубь мантии. Ученые подозревали, что сильное давление в таких магматических океанах заставляло кислородосодержащее железо делиться на два вида железа: обогащенное кислородом (трехвалентное железо), и не содержащее кислорода (металлическое железо). Тяжелое металлическое железо утонуло бы в ядре Земли, в результате чего в мантии доминировало более богатое кислородом трехвалентное железо.

Чтобы проверить эту идею, геохимики из Университета Байройта в Германии провели лабораторные эксперименты, которые моделировали условия на глубине около 600 километров внутри магматического океана. Нагревая материал синтетической мантии до тысяч градусов Цельсия, исследователи использовали наковальни, чтобы раздавливать расплавленные образцы под давлением более 20 гигапаскалей.

«Это эквивалентно размещению всей массы Эйфелевой башни на объекте размером с мяч для гольфа», — говорит Кэтрин Армстронг, сейчас работающая в Калифорнийском университете в Дэвисе.

Армстронг и ее коллеги измерили количество двухвалентного и трехвалентного железа в образцах до и после воздействия этих экстремальных условий. Независимо от того, сколько двухвалентного железа изначально находилось в породе, при самых высоких давлениях 96 процентов железа в конечном продукте составляло богатое кислородом трехвалентное железо.

Армстронг объясняет, что это открытие указывает на то, что в глубине магматического океана трехвалентное железо более устойчиво. Любое двухвалентное железо на этих глубинах могло бы распасться на трехвалентное железо, выделяя металлическое железо, которое могло бы опуститься до ядра.

Эти результаты являются «довольно убедительным» доказательством того, что химический распад двухвалентного железа в магматических океанах мог бы помочь увеличить относительное содержание кислорода в ранней мантии Земли, говорит Такер. Но еще не ясно, был ли этот химический процесс единственным способствующим увеличению кислорода в ранней атмосфере Земли, добавляет он.

Афу Лин — физик минералов из Университета Техаса в Остине, который не принимал участия в этой работе, также считает, что разложение двухвалентного железа является правдоподобным объяснением богатой кислородом атмосферы Земли. По его словам, другие исследователи могли бы помочь в подтверждении этой версии путем поиска химических признаков процесса в ранних земных породах и сверхглубоких алмазах из мантии.

Статья опубликована в журнале Science  
Источник: scientificrussia.ru

Метки , . Закладка постоянная ссылка.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *