Новое исследование намекает на неожиданный источник появления кислорода на Земле

Архейский период на Земле длился от 4 до 2,5 миллиардов лет назад, в это время планета представляла собой водный мир, окутанный метановой атмосферой. Существовали только микробные формы жизни. Для ученых является загадкой, какими были в этот период земные тектонические процессы. На современной Земле одним из процессов тектонической активности является погружение океанической земной коры в мантию в так называемых зонах субдукции. При этом холодная плотная вода на дне океанов попадает в верхний слой мантии, в результате образуется магма с высоким содержанием кислорода и воды.

Исследователи задались целью обнаружить следы подобных тектонических процессов в магматических породах неоархейского периода. Для этого они собрали образцы гранитоидных пород возрастом 2,7-2,6 миллионов лет на территории древнего архейского континента в Северной Америке. Определить степень их окисления (воздействия кислорода) было сложной задачей: с момента образования породы могли изменить свою структуру в результате деформации или нагревания. Ученые изучили минерал апатит, который присутствует в кристаллах циркона, содержащихся в собранных образцах пород. Циркон достаточно прочное вещество, выдерживающее даже очень высокую температуру и давление.

С помощью метода спектроскопии на синхротроне Advanced Photon Source ученые измерили количество серы в микрокристаллах апатита в цирконе, чтобы понять, образовался ли этот камень из окисленной магмы. Исследование подтвердило догадки: преобладание иона серы S6+ в апатите явно говорило о том, что он из окисленного источника. Ученые установили, что примерно 2,7 миллиарда лет назад содержание серы в магме увеличилось с нуля до 2 тысяч частей на миллион, это значит, что в то время действительно происходил тектонический процесс субдукции: океаническая вода, хоть и имеющая недостаточно кислорода, попадала на сотни километров вглубь планеты, образуя насыщенную кислородом магму, затем эта магма выходила на поверхность во время извержений вулканов, а вместе с ней в атмосферу выбрасывался свободный кислород.

Как известно, Земля - единственное тело в Солнечной системе, где двигаются тектонические плиты и происходит активная субдукция. Частично это может объяснить, почему на других планетах, потенциально пригодных для жизни, но не имеющих активных тектонических процессов, не образовалось достаточно кислорода.