Dari mana oksigen bumi berasal? Sebuah studi baru mengisyaratkan sumber yang tidak terduga

jumlah oksigen Atmosfer bumi menjadikannya planet yang layak huni.

Dua puluh satu persen atmosfer terdiri dari unsur pemberi kehidupan ini. Namun jauh di masa lalu — sejauh era modern, 2,8 hingga 2,5 miliar tahun lalu — Oksigen ini hampir tidak ada.

Jadi bagaimana atmosfer bumi menjadi teroksigenasi?

Penelitian kamiditerbitkan di Ilmu Bumi Alamimenambahkan kemungkinan baru yang menggiurkan: bahwa setidaknya beberapa oksigen awal Bumi berasal dari sumber tektonik melalui pergerakan dan penghancuran kerak bumi.

Tanah Arkean

Eon Arkean mewakili sepertiga dari sejarah planet kita, dari 2,5 miliar tahun yang lalu hingga empat miliar tahun terakhir.

Tanah aneh ini adalah dunia air yang tertutup samudra hijaudiselimuti kabut metana, dan benar-benar kurang dalam kehidupan multisel. Aspek aneh lain dari dunia ini adalah sifat aktivitas tektoniknya.

Di Bumi modern, aktivitas tektonik yang dominan disebut lempeng tektonik, di mana kerak samudra—lapisan daratan terluar di bawah samudra—tenggelam ke dalam mantel Bumi (area antara kerak dan inti Bumi) pada titik pertemuan yang disebut zona subduksi. Namun, ada banyak perdebatan mengenai apakah lempeng tektonik muncul kembali di era Arkean.

Salah satu fitur zona subduksi baru-baru ini adalah konektivitasnya magma teroksidasi. Magma ini terbentuk ketika sedimen teroksidasi dan perairan dasar — ​​perairan dingin dan padat — terbentuk di dekat dasar samudra. dimasukkan ke dalam mantel bumi. Ini menghasilkan magma dengan kandungan oksigen dan air yang lebih tinggi.

Penelitian kami bertujuan untuk menguji apakah ketiadaan oksidan di perairan dasar Arkean dan sedimen dapat mencegah pembentukan magma teroksidasi. Identifikasi magma tersebut dalam batuan beku baru dapat memberikan bukti bahwa subduksi dan lempeng tektonik terjadi 2,7 miliar tahun yang lalu.

Pengalaman

Kami mengumpulkan sampel batuan granit berusia 2.750 hingga 2.670 juta tahun dari seluruh subdistrik Abetepe Wawa di Provinsi Atas—benua Archean terawetkan terbesar yang membentang 2.000 kilometer dari Winnipeg, Manitoba, hingga Quebec timur jauh. Ini memungkinkan kami untuk menyelidiki tingkat oksidasi magma yang dihasilkan sepanjang zaman baru.

Mengukur tingkat oksidasi batuan beku ini – yang terbentuk melalui pendinginan dan kristalisasi magma atau lava – sangatlah menantang. Peristiwa pasca-kristalisasi mungkin telah mengubah batuan ini melalui deformasi, penguburan, atau pemanasan berikutnya.

Jadi, kami memutuskan untuk melihat mineral apatitterletak di kristal zirkon di bebatuan ini. Kristal zirkon dapat menahan suhu dan tekanan ekstrem dari peristiwa pasca-kristalisasi. Mereka menyimpan petunjuk tentang lingkungan tempat mereka awalnya terbentuk dan memberikan usia yang akurat untuk bebatuan itu sendiri.

Kristal apatit kecil dengan lebar kurang dari 30 mikron—seukuran sel kulit manusia—terjebak di dalam kristal zirkon. mengandung belerang. Dengan mengukur jumlah belerang dalam apatit, kita dapat menentukan apakah apatit tumbuh dari magma yang teroksidasi.

Kami berhasil mengukur oksigen melarikan diri magma Arkean asli – yang pada dasarnya adalah berapa banyak oksigen bebas di dalamnya – menggunakan teknik khusus yang disebut spektroskopi serapan sinar-X di dekat struktur pelek (S-XANES) di Sumber Foton Lanjutan Synchrotron Laboratorium Nasional Argonne di Illinois.

Membuat oksigen dari air?

Kami menemukan bahwa kandungan belerang magma, yang awalnya sekitar nol, meningkat menjadi 2.000 ppm sekitar 2.705 juta tahun yang lalu. Ini menunjukkan bahwa magma telah menjadi kaya akan belerang. Selain itu, Dominasi S6+ – sejenis ion belerang – dalam apatit Dia menyarankan bahwa belerang itu berasal dari sumber teroksidasi, identik Data dari kristal zirkon inang.

Temuan baru ini menunjukkan bahwa magma teroksidasi terbentuk pada era modern, 2,7 miliar tahun lalu. Data menunjukkan bahwa kekurangan oksigen terlarut di reservoir Archaean tidak mencegah pembentukan magma teroksidasi yang kaya belerang di zona subduksi. Oksigen dalam magma ini pasti berasal dari sumber lain dan akhirnya dilepaskan ke atmosfer selama letusan gunung berapi.

Kami menemukan bahwa kemunculan magma teroksidasi ini berkorelasi dengan peristiwa mineralisasi emas utama di Upper Province dan Yilgarn Craton (Australia Barat), yang menunjukkan hubungan antara sumber kaya oksigen ini dan pembentukan endapan bijih global.

Implikasi dari magma teroksidasi ini melampaui pemahaman geodinamika awal Bumi. Sebelumnya, diperkirakan bahwa magma Arkean lebih kecil kemungkinannya untuk teroksidasi air laut Dan Batuan dasar laut atau sedimen belum pernah.

Meskipun mekanisme pastinya belum jelas, kemunculan magma ini menunjukkan bahwa proses subduksi, di mana air laut diangkut ratusan kilometer ke planet kita, menghasilkan oksigen bebas. Ini kemudian mengoksidasi mantel atas.

Studi kami menunjukkan bahwa subduksi Archean mungkin merupakan faktor vital yang tak terduga dalam oksigenasi Bumi, sejak dini Bau oksigen 2,7 miliar tahun yang lalu demikian juga Peristiwa Oksidasi Hebat, yang membuat oksigen atmosfer meningkat sebesar 2% dari 2,45 menjadi 2,32 miliar tahun yang lalu.

Sejauh yang kita tahu, Bumi adalah satu-satunya tempat di tata surya – dulu atau sekarang – dengan lempeng tektonik dan subduksi aktif. Ini menunjukkan bahwa penelitian ini sebagian dapat menjelaskan kekurangan oksigen dan, pada akhirnya, kehidupan di planet berbatu lainnya di masa depan juga.

Artikel ini awalnya diterbitkan Percakapan oleh David Mol di Universitas Laurentian, dan Adam Charles Simon, dan Xuyang Meng di Universitas Michigan. Membaca Artikel aslinya ada di sini.