علم و تکنولوژی

اکسیژن زمین از کجا آمده؟

اکسیژن حیات بخش روی زمین که آن را به سیاره ای قابل سکونت تبدیل می کند، 21 درصد از جو زمین ما را تشکیل می دهد. با این حال، در گذشته های دور، در آغاز زمان، که از 2.5 تا 2.8 میلیارد سال پیش به طول انجامید، زمین تقریباً فاقد اکسیژن بود. بنابراین این سوال پیش می آید که اکسیژن جهان از کجا می آید؟

جهان در دوران آرکئن

دوران آرکئن جهان

دوران آرکئن (حیات اولیه) یک سوم از تاریخ زمین را از 2.5 میلیارد تا 4 میلیارد سال پیش اشغال کرده است. در آن زمان، دنیای بیگانه، دنیایی غوطه‌ور بود، عمدتاً اقیانوس‌های سبز، پوشیده از مه غلیظ متان و عاری از بسیاری از حیات سلولی. یکی دیگر از ویژگی های بیگانه سیاره ما در آن زمان، ماهیت حرکات زمین ساختی آن بود.

در دنیای امروزی، فعالیت تکتونیکی غالب را “تکتونیک صفحه ای” می نامند، جایی که پوسته اقیانوسی، لایه بیرونی زمین، در زیر گوشته زمین (منطقه بین پوسته و هسته) در محل اتصال به نام “منطقه فرورانش” فرورانش می کند. .

با این حال، بحث های زیادی در مورد اینکه آیا فعالیت زمین ساختی فعلی در طول آرکئن عملکرد مشابهی دارد یا خیر، رخ داده است. یکی از ویژگی های نواحی فرورانش مدرن اتصال آنها با ماگماهای اکسید شده است. این ماگماها زمانی تشکیل می شوند که رسوبات اکسید شده و آب ژرف سرد و متراکم در نزدیکی کف اقیانوس وارد گوشته زمین شود. این فرآیند منجر به تولید ماگما با درصد بالایی از اکسیژن و آب می شود.

هدف از این تحقیق بررسی این فرضیه است که کمبود مواد و رسوبات اکسید شده در کف اقیانوس در دوران آرکئن می تواند از تشکیل ماگماهای اکسید شده جلوگیری کند یا خیر. شناسایی این ماگماها در سنگ های آذرین ماقبل تاریخ می تواند شواهدی از فرورانش و تکتونیک صفحه ای 2.7 میلیارد سال پیش ارائه دهد.

آزمایشی برای تعیین منشا اکسیژن زمین

جهان

دانشمندان نمونه هایی از سنگ های گرانیتوئیدی با قدمت 2750 تا 2670 میلیون سال را از سراسر منطقه Abitibi-Wawa در استان برتر کانادا جمع آوری کردند. این منطقه شامل بزرگترین قاره آرکئه است که از وینیپگ در مانیتوبا تا شرق کبک برای بیش از 2000 کیلومتر امتداد دارد.

از طریق این تحقیق، دانشمندان توانستند درجه اکسیداسیون ماگماهای تولید شده در دوره اولیه را تأیید کنند. اندازه گیری حالت اکسیداسیون این سنگ های آذرین که از طریق سرد شدن و تبلور ماگما یا گدازه ایجاد شده اند، در نوع خود یک چالش است. رویدادهای پس از سنگ‌سازی از جمله تغییر شکل، دفن یا گرما در مراحل بعدی می‌تواند باعث تغییراتی در سنگ‌شناسی شود.

بنابراین، محققان تصمیم گرفتند که آپاتیت معدنی موجود در بلورهای زیرکون این سنگ ها را بررسی کنند. کریستال های زیرکون می توانند در برابر دما و فشار شدید حوادث پس از تبلور مقاومت کنند. آنها حاوی سرنخ هایی درباره محیطی هستند که در آن شکل گرفته اند و می توانند سن دقیق سنگ ها را تخمین بزنند.

کریستال های آپاتیت کوچک کمتر از 30 میکرون عرض و اندازه سلول های پوست انسان هستند که در کریستال های زیرکون جاسازی شده اند. آنها حاوی گوگرد هستند و با اندازه گیری میزان گوگرد موجود در آپاتیت می توان تشخیص داد که آیا آپاتیت از طریق ماگماهای اکسید شده رشد کرده است یا خیر.

در آزمایشگاه ملی آرگون واقع در ایلینویز، اندازه‌گیری اکسیژن مخفی بکر، که اساساً میزان اکسیژن آزاد موجود در آن را نشان می‌دهد، با موفقیت با استفاده از تکنیک خاصی به نام «طیف‌سنجی ساختار لبه نزدیک اشعه ایکس» اندازه‌گیری شد. سینکروترون منبع فوتون پیشرفته. اندازه گیری می شود.

تشکیل اکسیژن زمین از آب؟

این کشف همچنین نشان می دهد که میزان گوگرد موجود در ماگما که در ابتدا حدود صفر بود، طی حدود 2705 میلیون سال به 2000 قسمت در میلیون افزایش یافت که نشان دهنده غنی بودن ماگما از سولفور است.

علاوه بر این، فراوانی +S6 در آپاتیت، که نوعی یون گوگرد است، نشان می‌دهد که گوگرد از منبع اکسید شده است، که با داده‌های کریستال‌های زیرکون میزبان مطابقت دارد. این یافته ها همچنین نشان می دهد که ماگماهای اکسید شده در دوره نئوآرکه یعنی 2.7 میلیارد سال پیش تشکیل شده اند.

اکسیژن جهان

داده ها نشان می دهد که عدم وجود اکسیژن محلول در ذخایر اقیانوس در طول دوره آرکئن از تشکیل ماگماهای اکسید شده گوگرد در ناحیه فرورانش جلوگیری نمی کند. در واقع، اکسیژن موجود در این ماگماها باید از منبع دیگری تامین شود و در نهایت با فوران های آتشفشانی در جو آزاد می شود.

همچنین، تشکیل این ماگماهای اکسید شده با رویدادهای مهم کانی سازی طلا در استان برتر کانادا و یلگارن کراتون واقع در غرب استرالیا همراه است که نشان دهنده ارتباط بین این منابع غنی اکسیژن و تشکیل ذخایر معدنی در سراسر جهان است.

پیامدهای این ماگماهای اکسید شده فراتر از درک ژئودینامیک اولیه زمین است. پیش از این، بعید بود که ماگماهای آرکئن در غیاب آب اقیانوس و سنگ ها یا رسوبات کف اقیانوس اکسید شوند.

اگرچه مکانیسم دقیق آن ناشناخته است، تشکیل این ماگماها نشان می دهد که فرآیند فرورانش، جایی که آب اقیانوس از صدها کیلومتر به سیاره ما کشیده می شود، باعث آزاد شدن اکسیژن می شود. این فرآیند سپس گوشه پوشیده شده را اکسید می کند.

همچنین با توجه به این مطالعات، تجزیه آرکئن را می توان عامل مهم و غیرمنتظره ای در اکسیژن رسانی زمین به حساب آورد. اولین آثار اکسیژن و همچنین رویداد بزرگ اکسیداسیون که نشان دهنده افزایش سطح اکسیژن در اتمسفر به میزان 2.32 تا 2.45 درصد است، 2.7 میلیارد سال پیش رخ داده است.

تا آنجا که می دانیم، زمین تنها مکانی در منظومه شمسی است، چه در گذشته یا چه در حال حاضر، که در آن فرورانش و فعالیت های زمین ساختی وجود دارد. این مطالعه همچنین می تواند کمبود اکسیژن و احتمال وجود حیات در سایر سیارات سنگی در آینده را روشن کند.

227227

دکمه بازگشت به بالا