Уточнено происхождение земного кислорода

Земля отличается от других более-менее знакомых нам небесных тел тем, что в ее атмо- и гидросфере много химически свободного кислорода. Настолько много, что им даже можно дышать. В общих чертах понятно, как он туда попал: его выделяют растения, для которых он является побочным продуктом фотосинтеза. Несколько менее понятно, почему его вообще так много — в любом виде.

Решить эту проблему попыталась группа геохимиков из Германии. Ученые воссоздали те условия, в которых находились породы земной коры и верхней части мантии во времена формирования планеты миллиарды лет назад.

Принято считать, что в те времена поверхность Земли была как минимум частично расплавлена в результате непрерывной бомбардировки астероидами и кометами. В мантии Земли образовались горячие магматические океаны, достигающие глубины до 2500 километров и содержащие окисленное двухвалентное железо (FeO). Есть и более радикальные сценарии: не так давно мы писали о гипотезе образования Луны из земной магмы, которая, по версии авторов гипотезы, в те времена покрывала поверхность планеты сплошь.

В своем опыте ученые расплавили железосодержащие породы и поместили их под высокое давление — более 20 гигапаскалей.

«Это эквивалентно размещению всей массы Эйфелевой башни на объекте размером с мяч для гольфа», — говорит Кэтрин Армстронг, ведущий автор исследования.

Выяснилось, что при таком давлении, соответствующем реальным условиям в верхней мантии, двухвалентный оксид железа нестабилен. Он распадается на оксид трехвалентного железа (Fe2O3) и свободное железо. Последнее в жидкой магме должно было через короткое время утонуть, что, вероятно, привело к формированию земного ядра и магнитного поля. А Fe2O3 остался в приповерхностных слоях, что привело к формированию больших запасов кислорода, который затем выделялся в атмосферу в результате множества геологических и биологических процессов.

Надо заметить, что FeO присутствует в земной коре в виде минерала вюстита. При низкой температуре он крайне нестабилен и поэтому встречается очень редко. Но то, что он нестабилен еще и при высоком давлении, собственно, и является новостью.

Ознакомиться с подробностями можно в статье, опубликованной в Science.