La cantidad de oxígeno en la atmósfera de la Tierra lo convierte en un planeta habitable.
El 21 por ciento de la atmósfera consiste en este elemento que da vida. Pero en el pasado profundo — desde la era neoarqueana hace 2.8 a mil 500 millones de años — este oxígeno estaba casi ausente.
Entonces, ¿Cómo se oxigenó la atmósfera de la Tierra?
Nuestra investigación, publicado en Geociencia de la naturaleza, agrega una nueva posibilidad tentadora: que al menos parte del oxígeno temprano de la Tierra provenía de una fuente tectónica a través del movimiento y la destrucción de la corteza terrestre.
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La Tierra Arcaica
El eón de Arcaico representa un tercio de la historia de nuestro planeta, desde hace 2 mil 500 millones de años hasta hace cuatro.
Esta Tierra alienígena era un mundo acuático, cubierto de océanos verdes, envuelto en un neblina de metano y completamente carente de vida multicelular. Otro aspecto extraño de este mundo fue la naturaleza de su actividad tectónica.
En la Tierra moderna, la actividad tectónica dominante se llama placas tectónicas, donde la corteza oceánica — la capa más externa de la Tierra debajo de los océanos — se hunde en el manto de la Tierra ( el área entre la corteza terrestre y su núcleo ) en los puntos de convergencia llamados subducción zonas. Sin embargo, existe un debate considerable sobre si la tectónica de placas funcionó en la era Arcaico.
Una característica de las zonas modernas de subducción es su asociación con magmas oxidados. Estos magmas se forman cuando los sedimentos oxidados y las aguas del fondo — agua fría y densa cerca del fondo del océano — son introducido en el manto de la Tierra. Esto produce magmas con alto contenido de oxígeno y agua.
Nuestra investigación tuvo como objetivo probar si la ausencia de materiales oxidados en las aguas del fondo y los sedimentos de Arcaico podría prevenir la formación de magmas oxidados. La identificación de tales magmas en rocas magmáticas neoarcaicas podría proporcionar evidencia de que la subducción y la tectónica de placas ocurrieron hace 2 mil 700 millones de años.
El experimento
Recolectamos muestras de rocas granitoides de 2 mil 750 a 2 mil 670 millones de años de toda la subprovincia de Abitibi-Wawa de la Provincia Superior —, el continente de Arcaico más grande conservado que se extiende a más de 2 mil km de Winnipeg, Manitoba al lejano oriente Quebec. Esto nos permitió investigar el nivel de oxidación de los magmas generados en la era neoarqueana.
Medir el estado de oxidación de estas rocas magmáticas — formadas a través del enfriamiento y cristalización de magma o lava — es un desafío. Los eventos posteriores a la cristalización pueden haber modificado estas rocas a través de deformación posterior, entierro o calentamiento.
Entonces, decidimos mirar el mineral apatita que está presente en el cristales de circón en estas rocas. Los cristales de circón pueden soportar las intensas temperaturas y presiones de los eventos posteriores a la cristalización. Conservan pistas sobre los entornos en los que se formaron originalmente y proporcionan edades precisas para las rocas mismas.
Pequeños cristales de apatita que tienen menos de 30 micras de ancho — del tamaño de una célula de la piel humana — están atrapados en los cristales de circón. Contienen azufre. Al medir la cantidad de azufre en la apatita, podemos establecer si la apatita creció a partir de un magma oxidado.
Pudimos medir con éxito el fugacidad de oxígeno del magma arqueano original — que es esencialmente la cantidad de oxígeno libre en él — utilizando una técnica especializada llamada absorción de rayos X de la estructura de borde cercano Espectroscopía (S-XANOS) en el sincrotrón de fuente de fotón avanzado en Laboratorio Nacional Argonne en Illinois.
¿Creando oxígeno a partir del agua?
Descubrimos que el contenido de azufre de magma, que inicialmente era de alrededor de cero, aumentó a 2 mil partes por millón alrededor de 2 mil 705 millones de años. Esto indicaba que los magmas se habían vuelto más ricos en azufre. Además, el predominio de S6 + — un tipo de ion sulfer — en la apatita sugirió que el azufre era de una fuente oxidada, coincidente los datos de los cristales de circón host.
Estos nuevos hallazgos indican que los magmas oxidados se formaron en la era de Neoarchean hace 2 mil 700 millones de años. Los datos muestran que la falta de oxígeno disuelto en los depósitos oceánicos de Archean no impidió la formación de magmas oxidados ricos en azufre en las zonas de subducción. El oxígeno en estos magmas debe haber venido de otra fuente, y finalmente se liberó a la atmósfera durante las erupciones volcánicas.
Descubrimos que la aparición de estos magmas oxidados se correlaciona con los principales eventos de mineralización de oro en la Provincia Superior y Yilgarn Craton (Australia Occidental), demostrando una conexión entre estas fuentes ricas en oxígeno y la formación global de depósitos de mineral de clase mundial.
Las implicaciones de estos magmas oxidados van más allá de la comprensión de la geodinámica de la Tierra temprana. Anteriormente, se pensaba que era poco probable que las magmas de Archean pudieran oxidarse, cuando el agua del océano y rocas o sedimentos del fondo del océano no eran.
Si bien el mecanismo exacto no está claro, la aparición de estas magmas sugiere que el proceso de subducción, donde el agua del océano se toma cientos de kilómetros en nuestro planeta, genera oxígeno libre. Esto luego oxida el manto suprayacente.
Nuestro estudio muestra que la subducción de Archean podría haber sido un factor vital e imprevisto en la oxigenación de la Tierra, las primeras bocanadas de oxígeno hace 2 mil 700 millones de años y también el Gran Evento de Oxidación, que marcó un aumento del oxígeno atmosférico en un dos por ciento de 2.45 a Hace 2 mil 320 millones de años.
Hasta donde sabemos, la Tierra es el único lugar en el sistema solar — pasado o presente — con placas tectónicas y subducción activa. Esto sugiere que este estudio podría explicar en parte la falta de oxígeno y, en última instancia, la vida en los otros planetas rocosos en el futuro también.
*Para leer la nota original, publicada en The Conversation, da clic aquí.
*Por David Mole, investigador posdoctoral de Ciencias de la Tierra en la Universidad Laurentian; Adam Charles Simon Arthur F. Thurnau, profesor de Ciencias ambientales y de la Tierra en la Universidad de Michigan; y Xuyang Meng, investigador posdoctoral de Ciencias ambientales y de la Tierra, Universidad de Michigan.
*The Conversation es una fuente independiente y sin fines de lucro de noticias, análisis y comentarios de expertos académicos.