Нове дослідження переписує наше розуміння глибинних циклів вуглецю та хлору на Землі

Нещодавнє дослідження під керівництвом вченого з Університету Маккуорі д-ра Чуньфей Чена проливає нове світло на геологічні процеси, що тривали три мільярди років тому, і знаменує значну зміну в розумінні наукової спільноти ранньої Землі. Нещодавно опубліковане в журналі Nature дослідження досліджує трансформаційний вплив поступового охолодження Землі на глибокий кругообіг вуглецю та хлору між поверхнею Землі та її внутрішньою частиною.

«Охолодження Землі спричинило величезні зміни в глибоких циклах як вуглецю, так і хлору», — каже доктор Чен.

«Сьогодні хлор зазвичай повертається на поверхню у вигляді вулканічних газів, тоді як більша частина вуглецю утримується у вигляді твердого карбонату на глибині сотень кілометрів; але поки Земля не досягла приблизно двох третин свого нинішнього віку, ситуація була абсолютно протилежною».

Магма домінувала на поверхні Землі в ранній період після формування планети, але в міру того, як планета поступово охолоджувалася, на поверхні утворилися корові плити товщиною близько 100 км, які ковзали по мантії в процесі тектоніки плит. Оскільки океанічні тектонічні плити занурюються назад у мантію в зонах субдукції, відкладення, що залягали в жолобах під океанами, також могли бути виштовхнуті в мантію.

Вчені, які досліджують долю цих відкладень в експериментах з плавлення під високим тиском, раніше обробили середнє значення всіх океанічних відкладень, в яких вуглець є лише другорядною складовою. Однак більша частина вуглецю накопичується в карбонатних відкладеннях – відомі приклади великих просторів карбонатних відкладень на поверхні включають Білі скелі Дувра або Доломіти в Італії – і вони можуть поводитися інакше, ніж невеликі порції вуглецю.

Команда доктора Чена використовувала експерименти під високим тиском, щоб змоделювати субдукцію вапняків і крейди, і виявила, що будь-який бруд у вапняках спочатку плавиться, утворюючи силікатний розплав, тоді як карбонат проштовхується на більшу глибину в твердій формі і може просуватися глибоко в мантію. .

Дослідницька група також перевірила умови, які імітували більш ранні, більш спекотні періоди довгої історії Землі, і виявила, що вапняки дійсно танули, але солі не розчинялися в карбонатних розплавах, які вони створювали, а натомість виштовхувалися глибоко в мантію, а не поверталися на поверхню. якими вони є сьогодні.

«Було дивовижно спостерігати, як сіль і домішки повністю відділяються від карбонатів», — каже другий автор дослідження доктор Майкл Форстер, який аналізував зразки в Австралійському національному університеті.

Доктор Форстер каже, що команда зробила прорив, коли електронний мікроскоп збільшив і проаналізував мізерні експериментальні фази, показавши купу загартованого скла та солі поруч із чистими кристалами кальциту. Коли вони побачили це, Чуньфей схвильовано відповів: «Вау, цікаво, це означає, що зони субдукції повинні діяти як гігантський фільтр, який раніше пропускав сіль у глибину Землі!»»

Дослідження є частиною більшого проекту з відстеження глибоких циклів вуглецю, азоту та хлору в еволюційній історії Землі, який очолює видатний професор Стівен Фолі зі Школи природничих наук Університету Маккуорі.

«Обмін летючими елементами, такими як вуглець, хлор і азот, між глибинною мантією Землі та поверхнею є ключовим фактором еволюції клімату, океанів і всього життя на Землі», — говорить професор Фолі.

«Це важливе дослідження є першим, у якому розглядається субдукція масивних масивів карбонатних відкладень, а не середніх осадових порід, хоча більш реалістично, що величезні блоки карбонату будуть задіяні в тектоніці плит», — каже він. «Ці зміни в поведінці хлору та вуглецю з часом, ймовірно, вплинули на те, наскільки солоною була морська вода в різні періоди історії Землі, і вплинули на розвиток життя на землі».

Це дослідження призведе до більш повного погляду на еволюцію нашої планети та її делікатну взаємодію з розвитком життя, додає він, і може допомогти нам зрозуміти умови на інших планетах, таких як Марс. Джерело