Naukowcy wprowadzili parametr „potencjalnej lotności tlenu”, aby śledzić ewolucję płaszcza i atmosfery Ziemi, pokazując, że ochłodzenie płaszcza, a nie samoistne FO2 zmiany, wpłynęły na poziom tlenu w atmosferze.
Lotność tlenu (FO2) płaszcza określa, jak zachowują się i poruszają się w nim substancje lotne, wpływając na rodzaj i ilość substancji lotnych emitowanych podczas aktywności magmowej pochodzącej z płaszcza. To z kolei reguluje skład atmosfery.
Naukowcy z Instytutu Oceanologii Chińskiej Akademii Nauk (IOCAS) wraz ze swoimi współpracownikami zaproponowali niedawno nowy parametr, „potencjalną lotność tlenu”, umożliwiający bezpośrednie porównanie FO2 charakterystyka wytopów powstających na różnych głębokościach.
Aktualne badania nt FO2 płaszcza koncentruje się przede wszystkim na badaniu FO2 stopionych materiałów pochodzących z płaszcza. Jednak ze względu na rosnącą stabilność Fe3+ w granacie pod ciśnieniem płaszcz fO2 zmniejsza się wraz z głębokością, jeśli skład płaszcza pozostaje niezmieniony. Dlatego też FO2 różnice w stopach pochodzących z różnych głębokości mogą odzwierciedlać różnice w głębokości pochodzenia magmy, która jest silnie zależna od temperatury płaszcza, a nie nieodłączne różnice w płaszczu FO2 (Fe3+/ΣFe stosunek).
Definiowanie potencjalnej niestabilności tlenu
Zaproponowany przez badaczy parametr jest analogiczny do klasycznej definicji „temperatury potencjalnej” i reprezentuje FO2 płaszcza przy ciśnieniu 1 GPa, przy założeniu braku topnienia podczas dekompresji.
Użycie parametru „potencjalnej lotności tlenu” umożliwia bezpośrednie porównanie stanów redoks źródeł płaszcza z różnych głębokości, ograniczając w ten sposób ewolucję stanu redoks płaszcza.
„Rozszyfrowanie ewolucji stanu redoks płaszcza od czasów Hadeanu ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia ważnych zagadnień naukowych, takich jak głęboki obieg węgla, ewolucja składu atmosfery i pochodzenie życia” – powiedziała dr Fangyi Zhang, pierwszy autor badania, a także specjalista ds. badacz z IOCAS.
Badanie zostało opublikowane w Komunikacja przyrodnicza 10 sierpnia.
Wyniki badania: Starożytny i współczesny płaszcz fO2
Wykorzystując opracowany przez siebie parametr „potencjalnej lotności tlenu”, naukowcy zebrali dane na temat normalnych bazaltów pochodzących z płaszcza otoczenia oraz komatyitów i pikrytów pochodzących z pióropuszy płaszcza na całym świecie od 3,8 Ga, aby ograniczyć ewolucję stanu redoks płaszcza i historię termiczną.
Wyniki pokazały, że FO2 magm archaikowych była znacznie mniejsza niż magm postarchaicznych. Tymczasem fO2 magm wykazywało silną ujemną korelację z potencjalną temperaturą płaszcza i ciśnieniem topnienia.
„Wskazuje to, że wysoka potencjalna temperatura płaszcza Archaiku, powodująca głębokie i rozległe częściowe stopienie, mogła skutkować niższym FO2 magmy archaiku” – powiedział dr Fangyi Zhang.
Po normalizacji FO2 wszystkich magm pochodzących z płaszcza na „potencjalną lotność tlenu” Zhang i jego współpracownicy odkryli, że FO2 źródeł zarówno płaszcza otoczenia, jak i pióropuszy płaszcza (dolny płaszcz) pozostaje stała od czasów Hadeanu.
„Różnice w FO2 magm pochodzących z płaszcza wynikało ze zmian w głębokości i zasięgu topnienia” – powiedział profesor nadzwyczajny Vincenzo Stagno, współautor badania i badacz z Uniwersytetu La Sapienza w Rzymie.
Zmiany w FO2 magm pochodzących z płaszcza wpływała na skład uwalnianych substancji lotnych, a tym samym na skład atmosfery. Poprzednie badania sugerowały, że wzrost płaszcza FO2 ponieważ Archaiku sprzyjał wzrost atmosferycznego O2 poziomy. Z badania wynika jednak, że wzrost FO2 magm pochodzących z płaszcza było w rzeczywistości spowodowane długotrwałym chłodzeniem płaszcza, co spowodowało zmniejszenie głębokości topnienia, a tym samym wpłynęło na skład atmosfery.
Badanie to w unikalny sposób integruje stan termiczny i stan redoks płaszcza, a także ewolucję składu atmosfery, zapewniając w ten sposób „nową perspektywę zrozumienia historii koewolucji ziemskiego układu wielosferycznego” – powiedział prof. SUN Weidong, korespondent autora badania.
Odniesienie: „Stały stopień utlenienia płaszcza Ziemi od czasów Hadeanu”, autorzy: Fangyi Zhang, Vincenzo Stagno, Lipeng Zhang, Chen Chen, Haiyang Liu, Congying Li i Weidong Sun, 10 sierpnia 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-50778-z
