D’où vient l’oxygène de la Terre ? Une nouvelle étude pointe vers une source inattendue

quantité d’oxygène L’atmosphère terrestre en fait une planète habitable.

Vingt et un pour cent de l’atmosphère est constituée de cet élément vivifiant. Mais dans un passé lointain – aussi loin que les temps modernes, il y a 2,8 à 2,5 milliards d’années – Cet oxygène était presque absent.

Alors, comment l’atmosphère terrestre s’est-elle oxygénée ?

Notre recherchePublié dans Sciences naturelles Sciences de la Terreajoute une nouvelle possibilité alléchante : qu’au moins une partie de l’oxygène initial de la Terre provienne d’une source tectonique due au mouvement et à la destruction de la croûte terrestre.

Pays archéen

L’éon archéen représente un tiers de l’histoire de notre planète, d’il y a 2,5 milliards d’années aux quatre derniers milliards d’années.

Cette terre étrange était un monde aquatique couvert océans vertsenveloppé brume de méthane, et il manque complètement de vie multicellulaire. Un autre aspect étrange de ce monde est la nature de son activité tectonique.

Sur la Terre moderne, l’activité tectonique dominante est appelée tectonique des plaques, dans laquelle la croûte océanique – la couche de terre la plus externe sous les océans – s’enfonce dans le manteau terrestre (la région entre la croûte terrestre et le noyau) à des points de rencontre appelés zones de subduction . Cependant, il y a beaucoup de débats pour savoir si la tectonique des plaques a fait un retour à l’ère archéenne.

Une caractéristique des zones de subduction récentes est leur connectivité magma oxydé. Ce magma se forme lorsque des sédiments oxydés et des eaux de fond – des eaux froides et denses – se forment près du fond de l’océan. inséré dans le manteau. Cela produit un magma avec une teneur plus élevée en oxygène et en eau.

Notre recherche vise à tester si l’absence d’oxydants dans les eaux de fond et les sédiments archaïques peut empêcher la formation de magmas oxydés. L’identification d’un tel magma dans de nouvelles roches ignées pourrait fournir la preuve que la subduction et la tectonique des plaques se sont produites il y a 2,7 milliards d’années.

Vivre

Nous avons recueilli des échantillons de roches granitiques vieilles de 2 750 à 2 670 millions d’années dans le sous-district Abetepe Wawa de la Haute-Province – le plus grand continent archéen préservé s’étendant sur 2 000 kilomètres de Winnipeg, au Manitoba, jusqu’à l’extrême est du Québec. Cela nous a permis d’examiner le niveau d’oxydation du magma généré dans la nouvelle ère.

Mesurer l’état d’oxydation de ces roches ignées – formées par le refroidissement et la cristallisation du magma ou de la lave – est un défi. Les événements post-cristallisation peuvent avoir modifié ces roches par déformation, enfouissement ou chauffage ultérieur.

Nous avons donc décidé de jeter un œil au minéral apatitesitué dans cristaux de zircone dans ces rochers. Les cristaux de zircon peuvent résister aux températures extrêmes et aux contraintes des événements post-cristallisation. Ils contiennent des indices sur l’environnement dans lequel ils se sont formés à l’origine et donnent des âges précis pour les roches elles-mêmes.

De minuscules cristaux d’apatite de moins de 30 microns de large – la taille d’une cellule de peau humaine – sont piégés dans les cristaux de zircon. contiennent du soufre. En mesurant la quantité de soufre dans l’apatite, nous pouvons déterminer si l’apatite s’est développée à partir de magmas oxydés.

Nous avons réussi à mesurer échapper à l’oxygène du magma archéen d’origine – qui correspond essentiellement à la quantité d’oxygène libre qu’il contient – en utilisant une technique spécialisée appelée spectroscopie d’absorption des rayons X près de la structure de bord (S-XANEN) à la source de photons avancée du Synchrotron Laboratoire national d’Argonne dans l’Illinois.

extraire l’oxygène de l’eau ?

Nous avons constaté que la teneur en soufre du magma, qui était initialement d’environ zéro, a augmenté à 2 000 ppm il y a environ 2 705 millions d’années. Cela indique que le magma est devenu riche en soufre. également Prédominance de S6+ – un type d’ion soufre – dans l’apatite Il a suggéré que le soufre provenait d’une source oxydée, identique Données provenant de cristaux de zircon hôtes.

Ces nouvelles découvertes indiquent que des magmas oxydés se sont formés à l’époque moderne, il y a 2,7 milliards d’années. Les données montrent qu’un manque d’oxygène dissous dans les réservoirs archaïques n’a pas empêché la formation de magmas oxydés riches en soufre dans les zones de subduction. L’oxygène contenu dans ce magma doit provenir d’une autre source et a fini par entrer dans l’atmosphère lors d’éruptions volcaniques.

Nous avons constaté que la présence de ces magmas oxydés est en corrélation avec des événements majeurs de minéralisation aurifère dans la Haute Province et le craton de Yilgarn (Australie occidentale), démontrant un lien entre ces sources oxygénées et la formation de gisements mondiaux de minerai.

Les implications de ce magma oxydé vont au-delà de la compréhension de la géodynamique primitive de la Terre. On pensait auparavant que le magma archéen serait moins susceptible de s’oxyder s’il était eau de mer Et le Roches ou sédiments au fond de l’océan n’a pas été.

Bien que le mécanisme exact ne soit pas clair, la genèse de ce magma indique que le processus de subduction, qui transporte l’eau des océans à des centaines de kilomètres vers notre planète, génère de l’oxygène libre. Cela oxyde alors le manteau supérieur.

Notre étude montre que la subduction archéenne peut être un facteur vital inattendu dans l’oxygénation de la Terre, au début L’oxygène renifle il y a 2,7 milliards d’années aussi Le grand événement d’oxydation, où l’oxygène dans l’air a augmenté de 2 % il y a 2,45 à 2,32 milliards d’années.

Pour autant que nous le sachions, la Terre est le seul endroit du système solaire – passé ou présent – avec une tectonique des plaques active et une subduction. Cela suggère que cette étude pourrait expliquer en partie le manque d’oxygène et finalement la vie sur d’autres planètes rocheuses à l’avenir.

Cet article a été initialement publié Conversation par David Mol à l’Université Laurentienne, et Adam Charles Simon, et Xuyang Meng de l’Université du Michigan. Lis le L’article d’origine est ici.