新研究揭示了地球古老的呼吸研究揭示了大气变化与地幔化学之间的联系
一个国际科学家小组发现地球早期大气与其深层地幔化学之间的重要联系。
这项研究由朴茨茅斯大学和蒙彼利埃大学的研究人员领导，为我们星球上生命的进化和大气中氧气的增加提供了新的线索。
该团队研究了古代俯冲带中形成的岩浆，在地球历史上的一个关键时刻——大氧化事件(GOE)中，部分地壳沉回到地幔中。这一事件估计发生在 2.1 至 24 亿年前，当时地球大气中的氧气含量迅速增加，并改变了地球上的生命和环境。
然而，对于大气变化如何在地幔上留下印记的研究却很少。
这项发表在《自然地球科学》杂志上的新研究研究了板块构造——地球外壳移动和重塑其表面的过程——在大气、地球表面和深层地幔之间循环和元素交换中的作用。到目前为止，理解这些相互作用的可靠方法仍然难以捉摸。
通过研究 GOE 之前和之后的岩浆，研究小组发现岩浆从还原岩浆转变为氧化岩浆。这是由于山脉中的氧化沉积物在风化和侵蚀过程中深度俯冲转化为沉积物，然后通过俯冲过程再循环到地幔中，这揭示了沉积物循环如何为大气提供进入地幔的通道。
这一发现意味着这些“氧气”可能通过增加钙碱性岩浆的氧化而改变了地幔，改变了大陆地壳的成分，并导致地球上矿床的形成。
主要作者、蒙彼利埃大学、朴茨茅斯大学客座研究员雨果·莫雷拉博士说：“有了这些发现，我们对地球古老‘呼吸’的理解已经取得了重大飞跃。它不仅为地球的地质演化提供了重要的见解，而且还揭示了地球深处及其地幔如何与大气变化密切相关。它使我们更好地了解地球外部和内部水库之间的关系。
“此外，它还提出了一些有趣的问题，即氧气在塑造我们星球的历史中所扮演的角色，以及为我们所知的生命铺平道路的条件。”
研究小组使用法国欧洲同步辐射设施的 ID21 光束线分析了巴西米内罗带 20 亿年前的锆石晶体中发现的矿物中的硫状态，这些晶体充当时间胶囊，保留了其原始成分。他们发现，GOE 之前结晶的岩浆中的矿物质具有还原态的硫。然而，在GOE之后，这些变得更加氧化。
莫雷拉博士说：“简单来说，地幔氧逸度是衡量氧在岩浆中驱动化学反应的能力的指标，对于了解火山活动和矿石形成至关重要。然而，在过去，直到现在，我们还缺乏一种可靠的方法来跟踪地球历史古代部分这一参数的变化。
“它为理解地球外部和内部水库之间的关系提供了一个强大的工具。硫形态和岩浆逸度是动态参数，在岩浆从形成到结晶的整个过程中可能会发生变化。虽然我们的研究考虑了压力和温度等因素，但还需要进一步分析来追踪从岩浆生成到最终结晶的完整“逸度路径”。”
共同作者、朴茨茅斯大学地质学教授克雷格·斯托里教授表示：“我们的研究开辟了令人兴奋的新研究途径，让人们更深入地了解地球的古老过去及其与大气发展的深刻联系。它挑战我们思考岩浆类型随时间的演变以及板块构造和大气循环之间复杂的相互作用的问题。”
莫雷拉博士补充道：“当我们继续探索地球地质历史的奥秘时，有一件事是肯定的——地表之下还有更多东西有待发现。”
这项研究涉及来自朴茨茅斯大学、布雷斯特大学、蒙彼利埃大学和索邦大学(法国)、欧鲁普雷图联邦大学和圣保罗大学(巴西)以及欧洲同步辐射设施的研究人员。
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