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 remoto, ya en la era neoarcaica, hace entre 2.800 y 2.500 millones de años, este oxígeno era casi inexistente.

Entonces, ¿cómo se enriqueció la atmósfera de la Tierra con oxígeno?

Nuestra investigación, publicada en geociencias de la naturalezaagrega una nueva y tentadora posibilidad: que al menos parte del oxígeno primitivo de la Tierra proviniera de una fuente tectónica a través del movimiento y la destrucción de la corteza terrestre.

La tierra arcaica

El Archean Aeon representa un tercio de la historia de nuestro planeta, desde hace 2.500 millones de años hasta hace 4.000 millones de años.

Esta tierra alienígena era un mundo acuático, cubierto de océanos verdes, envuelto en una neblina de metano y desprovisto de vida multicelular. Otro aspecto extraño de este mundo era la naturaleza de su actividad tectónica.

En la Tierra moderna, la actividad tectónica dominante se llama tectónica de placas, en la cual la corteza oceánica, la capa más externa de la Tierra debajo de los océanos, colapsa en el manto terrestre (el área entre la corteza terrestre y su núcleo) en puntos de convergencia llamados zonas de subducción sumideros. Sin embargo, existe un debate considerable sobre si la tectónica de placas ya estaba funcionando en la era arcaica.

Una característica de las zonas de subducción modernas es su asociación con magmas oxidados. Estos magmas se forman cuando los sedimentos oxidados y el agua subterránea (agua fría y densa cerca del fondo del mar) se inyectan en el manto de la Tierra. Esto crea magmas con un alto contenido de oxígeno y agua.

Nuestra investigación tuvo como objetivo probar si la ausencia de materiales oxidados en las aguas subterráneas y los sedimentos del Arcaico podría prevenir la formación de magmas oxidados. La identificación de tales magmas en rocas ígneas neoarcaicas podría proporcionar evidencia de que la subducción y la tectónica de placas ocurrieron hace 2.700 millones de años.

El experimento

Hemos recolectado muestras de rocas graníticas de 2750 a 2670 millones de años de antigüedad de toda la subprovincia de Abitibi-Wawa de la Provincia Superior, el continente Arcaico existente más grande, que se extiende 2000 km desde Winnipeg, Manitoba hasta el extremo este de Quebec. Esto nos permitió estudiar el grado de oxidación de los magmas generados durante la era Neoarcaica.

Medir el estado de oxidación de estas rocas ígneas, formadas por el enfriamiento y la cristalización de magma o lava, es un desafío. Los eventos posteriores a la cristalización pueden haber alterado estas rocas a través de la subsiguiente deformación, entierro o calentamiento.

Así que decidimos echar un vistazo al mineral. apatito presente en los cristales de circón en estas rocas. Los cristales de circonio pueden soportar las intensas temperaturas y presiones de los eventos posteriores a la cristalización. Contienen pistas sobre los entornos en los que se formaron originalmente y proporcionan fechas precisas para las rocas mismas.

Pequeños cristales de apatita, de menos de 30 micrones de ancho, del tamaño de una célula de la piel humana, quedan atrapados dentro de los cristales de circonio. Contienen azufre. Al medir la cantidad de azufre en la apatita, podemos saber si la apatita creció a partir del magma oxidado.

Pudimos medir con éxito la volatilidad del oxígeno del magma arcaico primordial, esencialmente la cantidad de oxígeno libre que contiene, utilizando una técnica especial llamada espectroscopia de estructura de borde cercano de absorción de rayos X (S-XANES) en el Sincrotrón de fuente de fotones avanzada en Laboratorio Nacional de Argonne en Illinois.

¿Generar oxígeno a partir del agua?

Descubrimos que los niveles de azufre en el magma, que originalmente eran alrededor de cero, aumentaron a 2000 partes por millón hace unos 2705 millones de años. Esto indicaba que los magmas se habían vuelto más ricos en azufre. Además, el predominio de S6+, un tipo de ion de azufre, en la apatita sugirió que el azufre provenía de una fuente oxidada, lo que concuerda con los datos de los cristales de circonio huésped.

Estos nuevos hallazgos sugieren que los magmas oxidados se formaron en la era neoarcaica, hace 2.700 millones de años. Los datos muestran que la falta de oxígeno disuelto en los depósitos del Océano Arcaico 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 eventualmente fue liberado a la atmósfera durante las erupciones volcánicas.

Encontramos que la ocurrencia de estos magmas oxidados se correlacionó con eventos significativos de mineralización de oro en la Provincia Superior y el Cratón Yilgarn, Australia Occidental, lo que demuestra un vínculo entre estas fuentes ricas en oxígeno y la formación de depósitos de mineral de clase mundial.



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