|
Понимание окислительно-восстановительных процессов в мантии
|
|
|
|
Способность мантии к испарению кислорода (fO2) контролирует образование и подвижность летучих веществ в ней, влияя на состав летучих веществ, выделяющихся во время магматической активности мантийного происхождения, и, таким образом, регулирует состав атмосферы.
|
|
|
|
Исследователи из Института океанологии Академии наук Китая (IOCAS) вместе со своими сотрудниками недавно предложили новый параметр "потенциальная летучесть кислорода", чтобы напрямую сравнить характеристики fO2 расплавов, образовавшихся на разных глубинах.
|
|
|
|
Текущие исследования fO2 мантии в основном сосредоточены на изучении fO2 мантийных расплавов. Однако, из-за повышения стабильности Fe3+ в гранате при повышении давления, fO2 мантии уменьшается с глубиной, если состав мантии остается неизменным. Следовательно, различия в содержании fO2 в расплавах, происходящих с разных глубин, могут отражать различия в глубине зарождения магмы, которая сильно зависит от температуры мантии, а не присущие мантии различия в содержании fO2 (соотношение Fe3+/SUM Fe).
|
|
|
|
Предложенный исследователями параметр аналогичен классическому определению потенциальной температуры и представляет собой fO2 мантии при давлении 1 ГПа с предположением об отсутствии плавления во время декомпрессии.
|
|
|
|
Использование параметра потенциальной летучести кислорода позволяет напрямую сравнивать окислительно-восстановительные состояния мантийных источников с разных глубин, тем самым ограничивая эволюцию окислительно-восстановительного состояния мантии.
|
|
|
"Расшифровка эволюции окислительно-восстановительного состояния мантии со времен Хадея имеет решающее значение для понимания важных научных вопросов, таких как глубинный круговорот углерода, эволюция состава атмосферы и происхождение жизни", - сказал доктор Чжан Фаньи, первый автор исследования, а также исследователь из IOCAS.
|
|
|
|
Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications 10 августа.
|
|
|
|
Используя разработанный ими параметр потенциальной летучести кислорода, исследователи собрали данные о базальтах, происходящих из обычной окружающей мантии, и коматиитах и пикритах, происходящих из мантийных плюмов, по всему миру, начиная с 3,8 млрд лет назад, чтобы проследить эволюцию окислительно-восстановительного состояния мантии и термическую историю.
|
|
|
|
Результаты показали, что содержание fO2 в архейских магмах было значительно ниже, чем в постархейских. Между тем, содержание fO2 в магмах демонстрировало сильную отрицательную корреляцию с потенциальной температурой мантии и давлением плавления.
|
|
|
|
"Это указывает на то, что высокая потенциальная температура архейской мантии, вызывающая глубокое и обширное частичное плавление, могла привести к снижению содержания fO2 в архейских магмах", - сказал доктор Чжан Фаньи.
|
|
|
|
После нормализации содержания fO2 во всех магмах мантийного происхождения с учетом потенциальной летучести кислорода Чжан и его коллеги обнаружили, что содержание fO2 как в окружающей мантии, так и в источниках мантийных плюмов (нижняя мантия) оставалось постоянным со времен хадея.
|
|
|
|
"Изменения в содержании fO2 в магмах мантийного происхождения были обусловлены изменениями глубины и протяженности плавления", - сказал доцент. Винченцо Стагно, соавтор исследования и исследователь из Римского университета Сапиенца.
|
|
|
|
Изменения в содержании fO2 в мантийных магмах повлияли на состав выделяющихся летучих веществ и, таким образом, на состав атмосферы. Предыдущие исследования показали, что увеличение содержания fO2 в мантии с архейского периода способствовало повышению уровня O2 в атмосфере. Однако это исследование показывает, что увеличение содержания fO2 в магмах мантийного происхождения на самом деле было вызвано длительным охлаждением мантии, которое привело к уменьшению глубины плавления и, таким образом, повлияло на состав атмосферы.
|
|
|
|
Это исследование однозначно интегрирует теплового состояния и редокс-состояния мантии, а также Эволюция состава атмосферы, обеспечивая тем самым "новую перспективу для понимания совместной эволюции истории мульти-сфера системы Земли", - сказал профессор. Сунь Вэйдун, соответствующий автор исследования.
|
|
|
|
Источник
|
