Разгадка эволюции атмосферы и окислительного состояния мантии Земли: Новые идеи и открытия

Формирование и эволюция поверхностной среды планеты тесно связаны с составом и окислительным состоянием ее мантии. Распределение железа (Fe2+) и железа (Fe3+) в мантии каменистых планет определяет степень окисления мантии, которая, в свою очередь, влияет на состав вулканических газов и способность мантии накапливать такие необходимые элементы, как водород и углерод. Недавнее исследование пролило свет на изменение степени окисленности мантии Земли с течением времени, что позволило получить ценные сведения о ранних стадиях формирования поверхности планеты.

Предыдущие исследования ученых показали, что магматический океан Земли, существовавший в период ее раннего формирования, был сильно окислен и обогащен Fe3+ по сравнению с современной верхней мантией. В связи с этим возник фундаментальный вопрос: Как произошло снижение степени окисления верхней мантии до современного уровня? В поисках ответа исследователи изучили возможность интеграции Fe3+ в нижнюю мантию на этапе кристаллизации магматического океана.

Исследование показало, что при кристаллизации бриджманита, доминирующего минерала в нижней мантии, не происходит преимущественного включения Fe3+ по сравнению с сосуществующей магмой. Это позволяет предположить, что если бы океан магмы Земли действительно был богат Fe3+, то верхняя мантия в это время также была бы сильно окислена. Следовательно, дегазация летучих веществ из такой окисленной мантии привела бы к формированию атмосферы с высоким содержанием CO2 и SO2, подобной атмосфере Венеры.

Однако сам по себе процесс кристаллизации магматического океана не может объяснить снижение степени окисления верхней мантии. Исследователи предполагают, что это снижение произошло за счет включения металлического железа из материалов позднего аккрецирования после первоначального формирования Земли. Количество металлического железа, поступившего из этих материалов, определяемое по обилию высокосидерофильных элементов в мантии Земли, сопоставимо с тем, что требуется для снижения степени окисления верхней мантии до современного уровня.

Хотя эта гипотеза дает правдоподобное объяснение снижению степени окисленности верхней мантии, для ее подтверждения необходимы дополнительные геологические исследования. Дополнительные исследования и анализ помогут уточнить наше понимание окислительного состояния мантии Земли и его влияния на состояние поверхности планеты на протяжении всей ее истории.

Цитаты и мнения экспертов:

- "Распределение Fe2+ и Fe3+ в мантии планеты дает важнейшую информацию об окружающей среде на ее поверхности до возникновения жизни и формирования пригодных для жизни условий". - Д-р Хидэхару Кувахара (Hideharu Kuwahara), Исследовательский центр геодинамики, Университет Эхимэ.

- Результаты данного исследования позволяют предположить, что верхняя мантия ранней Земли была сильно окислена, что привело к формированию атмосферы, подобной атмосфере Венеры, в результате вулканической дегазации". - Д-р Рёичи Накада, Исследовательский центр геодинамики, Университет Эхимэ.

Научно-историческая информация:

- Состояние окисления мантии планеты влияет на ее вулканическую активность, состав атмосферы и возможность существования жизни.

- Ранний магматический океан Земли имел высокую степень окисления и был обогащен Fe3+, что свидетельствует об иной обстановке на поверхности по сравнению с современной.

- Кристаллизация бриджманита в нижней мантии не сопровождается преимущественным включением Fe3+, что свидетельствует о том, что верхняя мантия в это время также была сильно окислена.

- Снижение степени окисленности верхней мантии могло произойти за счет включения металлического железа из материалов позднего аккреционного периода.