Warum ist die Erde so sauerstoffhaltig? Neuer „Mantle“-Link entdeckt

Rost-9D/iStock

Mit der Anmeldung stimmen Sie unseren Nutzungsbedingungen und Richtlinien zu. Sie können sich jederzeit abmelden.

Ein internationales Wissenschaftlerteam hat kürzlich einen bedeutenden Zusammenhang zwischen der frühen Erdatmosphäre und der Chemie ihres tiefen Erdmantels entdeckt.

Dies gelang ihnen durch die Untersuchung alter Magmen, die sich in Subduktionszonen während des Großen Oxidationsereignisses (GOE) vor 2,1 bis 2,4 Milliarden Jahren bildeten.

Die Ergebnisse, die am 31. August in Nature veröffentlicht wurden, bieten wesentliche Einblicke in die geologische Entwicklung der Erde und zeigen, wie eng die Tiefen der Erde und ihr Mantel mit Veränderungen in der Atmosphäre zusammenhängen.

Die Erdatmosphäre, auf die wir zum Atmen angewiesen sind, besteht zu 21 Prozent aus Sauerstoff. Haben Sie jedoch jemals darüber nachgedacht, wo und wann dieses entscheidende Element seinen Ursprung hat? Nun, hier kommt diese aktuelle Studie ins Spiel.

„Mit diesen Erkenntnissen hat unser Verständnis des alten ‚Atems‘ der Erde einen bedeutenden Sprung nach vorne gemacht. Es liefert nicht nur entscheidende Einblicke in die geologische Entwicklung der Erde, sondern wirft auch Licht darauf, wie die Tiefen der Erde und ihr Mantel eng mit atmosphärischen Veränderungen verbunden sind“, sagte Hauptautor Dr. Hugo Moreira von der Universität Montpellier in einer Pressemitteilung.

„Es ermöglicht uns ein besseres Verständnis der Beziehung zwischen den externen und internen Reservoirs der Erde.“

Darüber hinaus betonte sie, dass die Ergebnisse interessante Fragen über die Rolle von Sauerstoff bei der Gestaltung der Erdgeschichte und der Schaffung förderlicher Bedingungen für das Leben, wie wir es kennen, aufwerfen.

Eine ihrer wichtigsten Erkenntnisse dreht sich um die Rolle der Plattentektonik – den Prozess, durch den sich die äußere Hülle der Erde verschiebt und ihre Oberfläche umformt.

Während viel über die Auswirkungen atmosphärischer Veränderungen gelernt wurde, ist das Verständnis, wie sich diese Veränderungen auf den Erdmantel auswirken, noch relativ unerforscht.

Ziel der Forschung war es, diese Lücke zu schließen, indem die komplexe Beziehung zwischen dem tiefen Erdinneren und der sich entwickelnden Atmosphäre untersucht wurde.

Die Untersuchung umfasste die Analyse alter Magmen, die vor und nach der GOE kristallisierten. Die Experimente des Teams zeigten eine Verschiebung von Magmen mit reduzierten Eigenschaften zu Magmen mit höheren Oxidationsstufen.

Hugo Moreira / Naturgeowissenschaften

Sie sagen, dass diese Transformation durch die tiefe Subduktion oxidierter Sedimente vorangetrieben wurde – Überreste von Bergen, die Verwitterung und Erosion ausgesetzt waren.

Diese Sedimente wurden durch Subduktionsprozesse in den Erdmantel zurückgeführt und schufen so effektiv einen Weg für die Interaktion atmosphärischer Elemente mit dem Erdmantel.

Die Auswirkungen dieser Entdeckung erstrecken sich auf unser Verständnis der geologischen Entwicklung der Erde. Selbst kleine Schwankungen des Sauerstoffgehalts während der GOE könnten einen Anstieg der Oxidation bestimmter Magmaarten ausgelöst haben.

Diese Verschiebung trug wahrscheinlich zu Veränderungen in der Zusammensetzung der kontinentalen Erdkruste bei und spielte eine Rolle bei der Bildung wertvoller Erzvorkommen.

Das Forschungsteam verwendete fortschrittliche Techniken, einschließlich der Analyse mithilfe der ID21-Beamline an der European Synchrotron Radiation Facility in Frankreich.

Sie untersuchten die Schwefelzustände in Mineralien, die in zwei Milliarden Jahre alten Zirkonkristallen aus dem brasilianischen Mineiro-Gürtel eingeschlossen sind. Diese alten Kristalle fungierten als Zeitkapseln und bewahrten Hinweise auf die ferne Vergangenheit der Erde.

Das Team stellte einen klaren Übergang fest: Mineralien, die vor der GOE gebildet wurden, zeigten einen reduzierten Schwefelzustand, während die danach erzeugten Mineralien einen stärker oxidierten Zustand aufwiesen.

Die Implikationen der Studie beschränken sich nicht nur auf das wissenschaftliche Verständnis. Es eröffnet neue Forschungswege und beleuchtet die komplexe Beziehung zwischen geologischen Prozessen und atmosphärischen Veränderungen.

Co-Autor Professor Craig Storey von der University of Portsmouth betonte die Bedeutung der Studie und erklärte, dass sie „ein tieferes Verständnis der antiken Vergangenheit der Erde und ihrer tiefgreifenden Verbindung zur Entwicklung unserer Atmosphäre“ biete.

Während wir weiterhin die Tiefen der geologischen Geschichte der Erde erforschen, wird es offensichtlich, dass es unter der Oberfläche noch viel mehr zu entdecken gibt. Dr. Moreira fasste dieses Gefühl treffend zusammen und betonte, dass die Ergebnisse der Studie die anhaltende Suche nach der Lösung der Geheimnisse der Vergangenheit unseres Planeten unterstreichen.

Die vollständige Studie wurde am 31. August in Nature veröffentlicht und ist hier zu finden.

Studienzusammenfassung:

Der chemische Austausch zwischen Atmosphäre, Kruste und Mantel hängt vom Sedimentrecycling durch Subduktion ab. Es bleibt jedoch unklar, wie sich atmosphärisch veränderte Sedimente im Laufe der Zeit auf die Flüchtigkeit des Mantelsauerstoffs auswirken können. Das Große Oxidationsereignis gehört zu den wichtigsten atmosphärischen Veränderungen auf der Erde und bietet die Möglichkeit, Veränderungen im Magmatismus im Zusammenhang mit Wechselwirkungen zwischen Oberfläche und Mantel zu untersuchen. Hier verwenden wir Schwefel-K-Kanten-Mikroröntgenabsorptions-Nahkantenstrukturspektroskopie, um die relative Häufigkeit des S6+-, S4+- und S2−-Zustands in Apatiteinschlüssen zu messen, die in 2,4–2,1 Milliarden Jahre alten magmatischen Zirkonen aus dem Mineiro-Gürtel enthalten sind , Brasilien. Die Wirtsmagmen verzeichnen intrakrustales Schmelzen der Jungkruste und die Beteiligung recycelter Sedimente im Subbogen-Mantelkeil. Unveränderte Apatiteinschlüsse zeigen einen Wechsel von reduzierten zu stärker oxidierten Magmen vor und nach dem Großen Oxidationsereignis während des frühen Proterozoikums. Wir argumentieren, dass diese Veränderung eine direkte Folge der tiefen Subduktion oxidierter Sedimente und damit ein Beweis für die Wechselwirkung zwischen Mantel und Atmosphäre während des Großen Oxidationsereignisses ist. Dies deutet darauf hin, dass der Beginn des Sedimentrecyclings im Archaikum den atmosphärischen Zugang zum Erdmantel ermöglichte und dass frühe „Hauche“ von Sauerstoff möglicherweise bereits zu einer lokalen Zunahme des kalkalkalischen Magmatismus und der damit verbundenen Erzvorkommen auf der Erde beigetragen haben.