D’où vient l’oxygène de la Terre ? Une nouvelle étude fait allusion à 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 l’ère moderne, 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 de la Terreajoute une nouvelle possibilité alléchante : qu’au moins une partie de l’oxygène initial de la Terre provienne d’une source tectonique par le mouvement et la destruction de la croûte terrestre.

Terre archéenne

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 dans brume de méthane, et complètement dépourvu 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, où la croûte océanique – la couche de terre la plus externe sous les océans – s’enfonce dans le manteau terrestre (la zone entre la croûte terrestre et le noyau) à des points de rencontre appelés zones de subduction. Cependant, il y a un débat considérable quant à 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 – eaux froides et denses – se forment près du fond de l’océan. inséré dans le manteau terrestre. Cela produit un magma avec une teneur plus élevée en oxygène et en eau.

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Notre recherche vise à tester si l’absence d’oxydants dans les eaux de fond et les sédiments archéens 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 d’Abetepe Wawa, dans 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’étudier le niveau d’oxydation du magma généré tout au long de 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 coup d’œil au minéral apatitesitué dans cristaux de zircone dans ces rochers. Les cristaux de zircon peuvent résister à des températures extrêmes et à des contraintes dues à des événements post-cristallisation. Ils contiennent des indices sur les environnements dans lesquels ils se sont formés à l’origine et fournissent des âges précis pour les roches elles-mêmes.

De minuscules cristaux d’apatite de moins de 30 microns de large, soit 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.

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Nous avons réussi à mesurer fuite d’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 du bord (S-XANES) à la source de photons avancée du Synchrotron Laboratoire national d’Argonne dans l’Illinois.

Fabriquer de l’oxygène à partir de l’eau ?

Nous avons constaté que la teneur en soufre du magma, qui était initialement à peu près nulle, est passée à 2 000 ppm il y a environ 2 705 millions d’années. Cela indique que le magma est devenu riche en soufre. De plus, le 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’ère moderne, il y a 2,7 milliards d’années. Les données montrent qu’un manque d’oxygène dissous dans les réservoirs archéens 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 finalement été libéré dans l’atmosphère lors d’éruptions volcaniques.

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

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

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Bien que le mécanisme exact ne soit pas clair, la présence de ce magma indique que le processus de subduction, dans lequel l’eau des océans est transportée sur des centaines de kilomètres dans 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 respire il y a 2,7 milliards d’années aussi bien Le grand événement d’oxydation, qui a vu l’oxygène atmosphérique augmenter de 2 % il y a 2,45 à 2,32 milliards d’années.

À notre connaissance, la Terre est le seul endroit du système solaire – passé ou présent – où la tectonique des plaques et la subduction sont actives. Cela suggère que cette étude pourrait expliquer en partie le manque d’oxygène et, éventuellement, la vie sur d’autres planètes rocheuses à l’avenir également.

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

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