Ο ρόλος της συγκέντρωσης οξυγόνου στο σχηματισμό του ωκεανού μάγματος της πρώιμης Γης

Ο ρόλος της συγκέντρωσης οξυγόνου στο σχηματισμό του ωκεανού μάγματος της πρώιμης Γης .

Οι θερμοκρασίες τήξης των πετρωμάτων βαθιού μανδύα μειώνονται με την αύξηση της συγκέντρωσης οξυγόνου του μανδύα, υποδηλώνοντας την ανάγκη για επαναξιολόγηση του τρέχοντος σχηματισμού πυρήνα της Γης και των μοντέλων θερμικής εξέλιξης. Από: Takayuki Ishii από το Πανεπιστήμιο της Okayama .

Είναι ευρέως αποδεκτό ότι η πρώιμη Γη αποτελούνταν σε μεγάλο βαθμό από λιωμένο μάγμα, σχηματίζοντας έναν παγκόσμιο ωκεανό μάγματος. Αυτή η ακραία κατάσταση της Γης πιθανότατα προκλήθηκε από την έντονη θερμότητα που παράγεται από πρόσκρουση , που σημαίνει τη σύγκρουση μικρότερων ουράνιων σωμάτων με τη Γη.

Η κατανόηση του σχηματισμού αυτού του ωκεανού μάγματος είναι ζωτικής σημασίας για την κατανόηση του σχηματισμού της Γης. Ένα σημαντικό πρόβλημα με τα τρέχοντα μοντέλα σχηματισμού ωκεανών μάγματος είναι η έλλειψη συναίνεσης σχετικά με τις θερμοκρασίες τήξης των πετρωμάτων του μανδύα σε βάθος. 

Τα μοντέλα που εξηγούν τον σχηματισμό του πυρήνα της Γης χρησιμοποιούν ένα συγκεκριμένο σύνολο πειραματικών δεδομένων για την εκτίμηση των θερμοκρασιών τήξης του μανδύα, αλλά πρόσφατα πειράματα έδειξαν ότι αυτές οι θερμοκρασίες μπορεί να διαφέρουν κατά 200-250 °C από τα προηγουμένως αποδεκτά δεδομένα. 

Ορισμένες μελέτες δείχνουν ότι το οξυγόνο, ή η ποσότητα του οξυγόνου που είναι διαθέσιμη στον μανδύα, μπορεί να επηρεάσει έντονα τις θερμοκρασίες τήξης των πετρωμάτων του μανδύα σε βάθος, κάτι που με τη σειρά του μπορεί να έχει επηρεάσει το σχηματισμό του ωκεανού μάγματος. Το οξυγόνο του μανδύα πιστεύεται ότι έχει αυξηθεί κατά τη διάρκεια της συσσώρευσης, του σχηματισμού πυρήνα και της μετέπειτα εξέλιξης του μανδύα. 

Ωστόσο, η επίδραση αυτής της αύξησης στις θερμοκρασίες τήξης των υλικών του βαθιού μανδύα παραμένει ασαφής. Αντιμετωπίζοντας αυτό το κενό, μια ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον αναπληρωτή καθηγητή Takayuki Ishii από το Ινστιτούτο Πλανητικών Υλικών στο Πανεπιστήμιο της Οκαγιάμα, Ιαπωνία και τον Δρ Yanhao Lin από το Κέντρο Προηγμένης Έρευνας Επιστήμης και Τεχνολογίας Υψηλής Πίεσης, Κίνα, ερεύνησε τις επιπτώσεις της φευγαλεότητας του οξυγόνου σχετικά με το σχηματισμό ωκεανών μάγματος κατά την πρώιμη εξέλιξη της Γης. 

«Η εξέλιξη της πρώιμης Γης έχει επηρεαστεί σε μεγάλο βαθμό από τη συγκέντρωση του οξυγόνου, η οποία μπορεί να απαιτήσει την επανεξέταση των σημερινών μοντέλων. Για το σκοπό αυτό, αξιολογήσαμε την επίδραση  του οξυγόνου στις θερμοκρασίες τήξης των υλικών του μανδύα σε βάθος για να περιορίσουμε τις συνθήκες στο δάπεδο του ένας βαθύς επίγειος ωκεανός μάγματος», εξηγεί ο καθηγητής Ishii. Αντιπροσωπευτικές εικόνες ηλεκτρονίων οπισθοσκέδασης (BSE) των πειραματικών προϊόντων πάνω από το στερεό σε πιέσεις 16, 21 και 26 GPa σε  DOI: 10.1038/s41561-024-01495-1. 

Στη μελέτη συμμετείχαν επίσης ο καθηγητής Wim van Westrenen από το Τμήμα Επιστημών της Γης, Σχολή Επιστημών στο Vrije Universiteit Amsterdam, Ολλανδία, ο καθηγητής Tomoo Katsura από το Bayerisches Geoinstitut, Πανεπιστήμιο του Bayreuth, Γερμανία και ο Δρ. Ho-Kwang Mao από το Κέντρο για Προηγμένη Έρευνα Επιστήμης και Τεχνολογίας Υψηλής Πίεσης, Κίνα. Δημοσιεύτηκε διαδικτυακά στο περιοδικό Nature Geoscience στις 16 Ιουλίου 2024. 

Οι ερευνητές διεξήγαγαν πειράματα τήξης σε πιέσεις 16–26 Gigapascals, παρόμοια με τα βάθη του μανδύα μεταξύ 470 χλμ. και 720 χλμ., σε υψηλές τιμές πτητικότητας οξυγόνου, σε πυρόλιθο μανδύα, μια σύνθεση υλικού που αντιπροσωπεύει τον μανδύα της Γης. Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν ότι σε αυτό το εύρος πίεσης, οι θερμοκρασίες τήξης μειώθηκαν με την αύξηση της  οξυγόνου και ήταν τουλάχιστον 230–450 °C χαμηλότερες από εκείνες από πειράματα που διεξήχθησαν σε χαμηλό οξυγόν. Υποθέτοντας μια σταθερή θερμοκρασία για τον ωκεανό του μάγματος, αυτό σημαίνει ότι ο πυθμένας του ωκεανού μάγματος βαθαίνει κατά περίπου 60 χλμ. για κάθε λογαριθμική μονάδα αύξησης του οξυγόνου του μανδύα. 

Αυτή η ισχυρή επίδραση  του οξυγόνου στην τήξη του μανδύα υποδηλώνει ότι τα τρέχοντα μοντέλα για την πρώιμη θερμική εξέλιξη της Γης και τον σχηματισμό πυρήνα χρειάζονται επαναξιολόγηση. 

Επιπλέον, αυτά τα αποτελέσματα μπορούν επίσης να εξηγήσουν τη φαινομενική ασυμφωνία μεταξύ του χαμηλού διαφυγόντος οξυγόνου που προβλέπονται για τον σχηματισμό μετά τον πυρήνα του βαθύ μανδύα της Γης και των υψηλών τιμών οξυγόνου που παρατηρούνται σε μαγματικά πετρώματα ηλικίας άνω των 3 δισεκατομμυρίων ετών, που σχηματίζονται από την τήξη του βαθύ μανδύα. 

«Πέρα από τον σχηματισμό της Γης, τα ευρήματά μας σχετικά με την εξάρτηση των θερμοκρασιών τήξης από τη συγκέντρωση του οξυγόνου μπορούν επίσης να εφαρμοστούν για να κατανοήσουμε τον σχηματισμό άλλων βραχωδών πλανητών που μπορούν να υποστηρίξουν την ανθρώπινη ζωή», παρατηρεί ο Δρ Λιν, τονίζοντας τον πιθανό αντίκτυπο της μελέτης. Προσθέτει, «Για παράδειγμα, αυτά τα αποτελέσματα μπορούν να βελτιώσουν την κατανόησή μας για τον Άρη, το οποίο είναι ένα πρόσφατο καυτό θέμα σχετικά με την ανθρώπινη εποίκηση».

Γεωδίφης με πληροφορίες από το Πανεπιστήμιο της Οκαγιάμα 

περισσότερα,

Yanhao Lin et al, Melting at the base of a terrestrial magma ocean controlled by oxygen fugacity, Nature Geoscience (2024). DOI: 10.1038/s41561-024-01495-1

https://phys.org/news/2024-08-uncovering-role-oxygen-formation-early.html