El oxígeno de la Tierra proviene de una fuente cálida e inesperadamente profunda, sugiere un estudio: ScienceAlert

La cantidad de oxígeno en la atmósfera de la Tierra lo convierte en un planeta habitable.

El 21% de la atmósfera consiste en este elemento que da vida. Pero en el pasado profundo -desde la era Neoarcaica, hace 2.800 a 2.500 millones de años- este oxigeno estaba casi ausente.

Entonces, ¿cómo se oxigenó la atmósfera de la Tierra?

Nuestra investigaciónPublicado en Geociencia de la naturalezaagrega una nueva y tentadora posibilidad: que al menos parte del oxígeno primordial de la Tierra provenga de una fuente tectónica a través del movimiento y la destrucción de la corteza terrestre.

La Tierra Arcaica

El eón Arcaico representa un tercio de la historia de nuestro planeta, desde hace 2.500 millones de años hasta hace 4.000 millones de años.

Esta Tierra alienígena era un mundo acuoso, cubierto de océanos verdesenvuelto en un neblina de metano, y completamente desprovisto de vida multicelular. Otro aspecto extraño de este mundo era la naturaleza de su actividad tectónica.

En la Tierra moderna, la actividad tectónica dominante se llama tectónica de placas, donde la corteza oceánica, la capa más externa de la Tierra debajo de los océanos, se hunde en el manto terrestre (el área entre la corteza terrestre y su núcleo) en puntos de convergencia llamados subducción. zonas

Sin embargo, existe un debate considerable sobre si la tectónica de placas operó en la era Arcaica.

Una característica de las zonas de subducción modernas es su asociación con magmas oxidados.

Estos magmas se forman cuando los sedimentos oxidados y las aguas del fondo (agua fría y densa cerca del fondo del océano) son introducido en el manto terrestre. Esto produce magmas con alto contenido de oxígeno y agua.

Nuestra investigación tuvo como objetivo verificar si la ausencia de materiales oxidados en las aguas y sedimentos del fondo de Archan podría prevenir la formación de magmas oxidados.

La identificación de tales magmas en rocas ígneas neoarcaicas podría proporcionar evidencia de que la subducción y la tectónica de placas ocurrieron hace 2.700 millones de años.

El experimento

Recolectamos muestras de rocas granitoides de 2750 a 2670 millones de años de edad de toda la subprovincia de Abitibi-Wawa de la Provincia Superior, el continente arcaico conservado más grande que se extiende más de 2000 kilómetros (1243 millas) desde Winnipeg, Manitoba, en el extremo este de Quebec.

Esto nos permitió estudiar el nivel de oxidación de los magmas generados durante la era Neoarcaica.

Medir el estado de oxidación de estas rocas ígneas, formadas a través del enfriamiento y cristalización de magma o lava, es un desafío. Los eventos posteriores a la cristalización pueden haber modificado estas rocas a través de sucesivas deformaciones, entierros o calentamiento.

Entonces, decidimos investigar el apatito mineral que está presente en cristales de circón en estas rocas.

Los cristales de circón pueden soportar las intensas temperaturas y presiones de los eventos posteriores a la cristalización. Contienen pistas sobre los entornos en los que se formaron originalmente y proporcionan edades precisas para las rocas mismas.

Diminutos cristales de apatita de menos de 30 micrones de ancho, del tamaño de una célula de piel humana, están atrapados en los cristales de circón. Contienen azufre. Al medir la cantidad de azufre en la apatita, podemos determinar si la apatita creció a partir del magma oxidado.

Hemos sido capaces de medir con éxito la fugacidad de oxígeno del magma arcaico original, que es esencialmente la cantidad de oxígeno libre que contiene, utilizando una técnica especializada llamada espectroscopia de absorción de rayos X cerca de la estructura del borde (S-XANES) en el sincrotrón Advanced Photon Source a Laboratorio Nacional de Argonne en Illinois.

¿Crear oxígeno a partir del agua?

Descubrimos que el contenido de azufre del magma, que inicialmente era alrededor de cero, aumentó a 2000 partes por millón hace unos 2705 millones de años. Esto indicaba que los magmas se habían vuelto más ricos en azufre.

También el predominio de S6+ – un tipo de ion de azufre – en apatito sugirió que el azufre provenía de una fuente oxidada, correspondiente los datos de los cristales de circón anfitrión.

Estos nuevos hallazgos indican que los magmas oxidados se formaron en la era neoarcaica hace 2.700 millones de años. Los datos muestran que la falta de oxígeno disuelto en las reservas oceánicas del Arcaico no impidió la formación de magmas oxidados ricos en azufre en las zonas de subducción.

El oxígeno en estos magmas debe haber venido de otra fuente y eventualmente fue liberado a la atmósfera durante las erupciones volcánicas.

Encontramos que la presencia de estos magmas oxidados se correlaciona con los principales eventos de mineralización de oro en la Provincia Superior y el Cráter Yilgarn (Australia Occidental), lo que demuestra una conexión entre estas fuentes ricas en oxígeno y la formación de depósitos de mineral a nivel mundial.

Las implicaciones de estos magmas oxidados van más allá de comprender la geodinámica de la Tierra primitiva. Anteriormente, se pensaba que era poco probable que los magmas arcaicos pudieran oxidarse, cuando el agua del océano Y rocas o sedimentos del fondo del océano no eran.

Si bien el mecanismo exacto no está claro, la presencia de estos magmas sugiere que el proceso de subducción, en el que el agua del océano se transporta cientos de kilómetros hacia nuestro planeta, genera oxígeno libre. Esto luego oxida el manto suprayacente.

Nuestro estudio muestra que la subducción arcaica puede haber sido un factor vital e inesperado en la oxigenación de la Tierra, los primeros bocanadas de oxígeno hace 2.700 millones de años y también el Gran evento de oxidación, que marca un aumento del dos por ciento en el oxígeno atmosférico de hace 2450 a 2320 millones de años.

Hasta donde sabemos, la Tierra es el único lugar del sistema solar, pasado o presente, con placas tectónicas y subducción activa. Esto sugiere que este estudio podría explicar en parte la falta de oxígeno y, en última instancia, de vida en otros planetas rocosos en el futuro.

David MoleInvestigador en Ciencias de la Tierra, Universidad Laurentiana; Adán Carlos SimónArthur F. Thurnau Profesor, Ciencias Ambientales y de la Tierra, Universidad de MichiganY Xuyang-mengBecaria Postdoctoral, Ciencias Ambientales y de la Tierra, Universidad de Michigan

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