氧，有意想不到的来源
氧，有意想不到的来源Gaviota
原理 2022-12-08 04:40
Posted on 浙江
地球大气中的含氧量是地球能成为宜居星球的关键。大气中的21%是由这种生命的关键元素组成的。但是在遥远的过去，远在25亿至28亿年前的新太古代，氧几乎不存在。
那么，地球大气是如何变得含氧的？现在，一项发表在《自然·地球科学》的研究提出了一种新的可能：地球早期，至少有一部分氧来自地壳的运动和破坏。
太古宙的地球
从25亿年前到40亿年前的太古宙，占据了我们星球三分之一的历史。那时，像外星球一样的地球是一个水世界，被绿色的海洋覆盖，笼罩在甲烷的雾气中，完全没有多细胞生命的身影。
水世界的另一个奇特之处是它构造活动的性质。在现代地球上，占主导地位的构造活动被称为板块构造，洋壳（海洋之下的地球最外层）在被称为俯冲带的汇聚点沉入地幔（地壳和地核之间的区域）。
现代俯冲带的一个特点是，它们与氧化的岩浆有关。这些岩浆是在氧化的沉积物和底层水（靠近洋底的密度大的冷水）在进入地幔时形成的，这就产生了具有高氧和水含量的岩浆。
然而，对于板块构造是否早在太古时代就已出现，还存在相当大的争议。先前人们一直认为，在海水和洋底岩石或沉积物没有被氧化的情况下，太古宙岩浆不太可能被氧化。
这项新研究目标是为了测试，在太古宙的底层水和沉积物中，氧化物质的缺乏是否会阻止氧化岩浆的形成。
磷灰石晶体的实验
研究人员从苏必利省的阿伯蒂-瓦瓦绿岩带收集到了26.7到27.5亿年前的花岗岩类的岩石样本。苏必利省是保存下来的最大的太古宙大陆，从马尼托巴的温尼伯到魁北克东部，绵延2000多千米。巨大的范围让研究人员得以调查整个新太古代产生的岩浆的氧化程度。
（图/作者提供）
测量这些（通过岩浆或熔岩的冷却和结晶形成的）岩浆岩的氧化状态相当具有挑战性。后结晶事件可能通过后来的变形、掩埋或加热改变这些岩石。
因此，研究团队决定研究一种被称为磷灰石的矿物，它存在于这些岩石中的锆石晶体中。锆石晶体可以承受后结晶事件的极端温度和压力。它们保留了关于最初形成的环境的线索，并为岩石提供了精确的年龄记录。
不到30微米宽的微小磷灰石晶体，差不多只有一个人体皮肤细胞大小，被困在了锆石晶体中。磷灰石晶体含有硫，通过测量其中的硫含量，就可以确定磷灰石是否从氧化的岩浆中生长出来的。
团队在美国伊利诺伊州阿贡国家实验室的先进光子源同步加速器上，使用一种被称为X射线吸收近边缘结构谱（S-XANES）的专门技术，成功测量了原始太古宙岩浆的氧逸度，基本上就是其中自由氧的含量。研究发现，岩浆中的硫含量最初为零左右，在27.05亿年左右增加到了2000ppm。这表明，岩浆已经变得富含更多硫。此外，磷灰石中的S⁶⁺（一种硫的离子）占据了主导地位，这说明，硫具有一种氧化的来源，这与锆石晶体中的数据相吻合。
这些新发现表明，氧化岩浆确实在27亿年前的新太古代形成。这些数据告诉我们，太古代海洋储层中溶解氧的缺乏，并没有阻止俯冲带中富含硫的氧化岩浆的形成。这些岩浆中的氧一定来自其他来源，并最终在火山喷发时释放到了大气中。
他们还发现，这些氧化岩浆的出现，与苏必利尔省和（西澳大利亚）伊尔冈克拉通的主要金矿化事件相关，证明了这些富氧源与全球世界级金属矿床形成之间的联系。
颠覆认知的结论
这些氧化岩浆的影响远超出了对早期地球地球动力学的理解。它证实了在新太古代岩浆岩中发现的岩浆，可以为27亿年前发生俯冲和板块构造提供证据。
虽然确切的机制还不清楚，但这些岩浆的出现表明，俯冲过程中，海水被带入星球之下数百千米，产生了自由氧。然后，这使覆盖其上的地幔氧化。
很有可能，太古宙的俯冲作用是地球氧化的一个意料之外的关键因素，27亿年前的早期氧气的挥发，以及大氧化事件，让23.2至24.5亿年前大气中的氧含量增加了2%。
据我们所知，地球是太阳系中唯一具有板块构造和活跃俯冲的地方，过去或现在都是如此。这项研究或许有机会部分解释其他岩质行星上氧气的缺乏，并为了解其他行星的环境带来一些启发。
#创作团队：
编译：Gaviota排版：雯雯
#参考来源：
https://theconversation.com/where-did-the-earths-oxygen-come-from-new-study-hints-at-an-unexpected-source-191673#图片来源：
封面图&首图：Tim Bertelink, Wikimedia Commons, CC BY-SA
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