地球上的氧气从何而来？一个诱人的可能性

地球大气层中的氧气含量，成就了生命。

生命气息占地球大气的21%。 但在遥远的过去——2.8至25亿年前的新太古代时代——氧气几不存在。

那么，地球大气层的氧气从何而来的呢？

发表在《自然·地球科学》上的最新研究提出了一个诱人的可能性：地球早期的氧气至少有一部分来自地壳运动和破坏的构造源。

太古代

太古宙横跨地球1/3的历史，从 25 亿年前到 40 亿年前。

宛如外星的古地球是一个水世界，被绿色海洋覆盖，笼罩在甲烷雾霾中，完全没有多细胞生命。 它另一陌生方面是其构造活动的性质。

在现代地球上，主要的构造活动被称为板块构造，其中海洋地壳——海洋下地球的最外层——在称为俯冲带的会聚点沉入地幔(地壳与地核之间的区域) 。

然而，关于太古宙时代是否存在板块构造，则存在相当大的争论。

现代俯冲带的一个特征是它们与氧化岩浆有关。

这些岩浆是在氧化沉积物和底层水——靠近海底的寒冷、稠密的水——被引入地幔时形成的。 这会产生含氧量和水含量高的岩浆。

我们的研究旨在验证太古宙底部水域和沉积物中氧化物质的缺乏是否会阻止氧化岩浆的形成。

在新太古代岩浆岩中鉴定出此类岩浆，可以为27亿年前发生俯冲和板块构造活动提供证据。

我们从 Superior Province 的 Abitibi-Wawa 副省收集了2750万至26.7亿年前的花岗岩样本，这是保存完好的最大的太古宙大陆，从马尼托巴省的温尼伯一直延伸，绵延2000多公里到魁北克。

这使我们能够研究整个新太古代时代产生的岩浆的氧化水平。

测量这些通过岩浆或熔岩冷却和结晶形成的岩浆岩的氧化态具有挑战性。 后结晶事件可能通过后来的变形、掩埋或加热改变岩石的成分。

因此，我们决定研究这些岩石中锆石晶体中存在的矿物磷灰石。

锆石晶体可以承受结晶后事件的高温和高压。它们保留了关于它们最初形成环境的线索，并为岩石本身提供了精确的年龄。

小于30微米宽的小磷灰石晶体——人类皮肤细胞大小——被困在锆石晶体中。 它们含有硫磺。 通过测量磷灰石中的硫含量，我们可以确定磷灰石是否来自氧化岩浆。

我们能够在伊利诺斯州的阿贡国家实验室的高级光子源同步加速器上使用被称为 X 射线吸收近边缘结构光谱 (S-XANES) 的专门技术，测量原始太古宙岩浆的氧逸度——本质上是其中游离氧的量。

用水制造氧气？

我们发现，最初约为零的岩浆硫含量在 27.05 亿年前增加到百万分之2000。 这表明岩浆变得更加富含硫。

此外，磷灰石中 S6+(一种硫离子)的优势表明硫来自氧化源，与主体锆石晶体的数据相匹配。

这些新发现表明，氧化岩浆确实形成于 27 亿年前的新太古代时代。 数据表明，太古宙海洋储层中溶解氧的缺乏并没有阻止俯冲带中富含硫的氧化岩浆的形成。

这些岩浆中的氧气一定来自其他来源，并最终在火山喷发期间释放到大气中。

我们发现这些氧化岩浆的出现与苏必利尔省和伊尔加恩克拉通(西澳大利亚)的主要金矿化事件相关，证明了这些富氧源与全球世界级矿床形成之间的联系。

这些氧化岩浆的影响超出了早期地球动力学的理解范围。 以前，人们认为太古宙岩浆不太可能被氧化。

虽然确切的机制尚不清楚，但这些岩浆的出现表明，海水被带入地球数百公里下的俯冲过程产生了游离氧。

我们的研究表明，太古宙俯冲可能是地球充氧的一个重要的、不可预见的因素，27 亿年前的早期氧气以及大氧化事件，这标志着大气中的氧气增加了百分之二。

据我们所知，无论过去还是现在，地球是太阳系中唯一存在板块构造和主动俯冲的地方。这表明这项研究可以部分解释为何其它星球缺乏氧气。

https://www.sciencealert.com/earths-oxygen-came-from-an-unexpectedly-deep-and-hot-source-study-suggests