Der og tilbage igen:Mantle xenon har en historie at fortælle

Jorden har været igennem en masse ændringer i sin 4,5 milliarder år lange historie, herunder et skift til at begynde at inkorporere og tilbageholde flygtige forbindelser fra atmosfæren i kappen, før de spydes ud igen gennem vulkanudbrud.

Denne transport kunne ikke være begyndt meget før for 2,5 milliarder år siden, ifølge ny forskning fra Washington University i St. Louis, offentliggjort i 9. august-udgaven af ​​tidsskriftet Natur .

"Livet på Jorden bekymrer sig om ændringer i overfladens flygtige budget, sagde Rita Parai, assisterende professor i geokemi i Earth and Planetary Sciences in Arts &Sciences og førsteforfatter af undersøgelsen. "Og der er et samspil mellem, hvad den dybe Jord lavede, og hvordan overflademiljøet ændrede sig over milliardårige tidsskalaer."

Flygtige stoffer - såsom vand, kuldioxid og ædelgasserne - kommer ud af kappen gennem vulkanisme og kan sprøjtes ind i Jordens indre fra atmosfæren, et par processer kaldet kappeafgasning og gengasning. Udvekslingen kontrollerer planetens beboelighed, da det bestemmer overfladetilgængeligheden af ​​forbindelser, der er kritiske for livet - såsom kulstof, nitrogen og vand.

Den nye model præsenteret af Parai og samarbejdspartner Sujoy Mukhopadhyay, fra University of California, Davis, etablerer også en række datoer, hvor Jorden skiftede fra et nettoafgasningsregime - igen, tænk på de svulmende vulkaner - til en, der vippede balancen til nettogenindvinding, potentielt muliggjort af subduktion, transportbåndsvirkningen af ​​tektoniske plader.

Mekaniske egenskaber ændres, når vand tilsættes eller fjernes fra kappen, så begyndelsen af ​​gengasning havde en vigtig effekt på den indre kerne af kappen, kendt som konvektion, som styrer pladebevægelser ved overfladen, sagde Parai.

Parai bruger ædelgasser til at besvare spørgsmål om, hvordan planetariske legemer dannes og udvikler sig over tid. I denne nye forskning, hun modellerede skæbnen og transporten af ​​flygtige forbindelser ind i jordens kappe ved hjælp af xenon-isotoper som sporstoffer.

"Xenon er et fremragende flygtigt sporstof, fordi alle mineraler, der bærer vand, også bærer xenon, " sagde Parai. "Så hvis xenon-gengasning var ubetydelig, Vandgenindvinding må også have været ubetydelig under det arkæiske område (for 4-2,5 milliarder år siden)."

Væsentlig genindvinding begyndte engang mellem et par hundrede millioner til 2,5 milliarder år siden, fandt forskerne. Denne spændende periode af Jordens historie omfatter tilfældigvis også den periode, hvor åndbar ilt begyndte at akkumulere i Jordens atmosfære - hvad videnskabsmænd kalder den store oxidationsbegivenhed.

"Det ville være rigtig interessant, hvis det interval kunne indsnævres, og tiden omkring den store oxidationsbegivenhed viste sig at være favoriseret, " sagde Parai. "Det kan fortælle os, at der var et eller andet grundlæggende skift i den måde, hvorpå det faste jord-atmosfære-system fungerede.

"Men jeg kan ikke vælge favoritter inden for vores sortiment, " sagde hun. "Alt vi kan sige er, at noget ændrede sig efter 2,5 milliarder år siden."

Hvis pladetektonik og subduktion begyndte tidligere end for 2,5 milliarder år siden, så var måske på det tidspunkt jordens indre afkølet tilstrækkeligt til, at flygtige stoffer kunne forblive i subduktionsplader, snarere end at blive frigivet og trænge tilbage til overfladen gennem magmatisme, Parai foreslår.

"De fleste mennesker har sjældent lejlighed til at tænke på flygtige stoffer fanget i Jordens indre, " sagde Parai. "De er til stede i lave koncentrationer, men kappen er enorm med hensyn til masse. Så for Jordens samlede flygtige budget, kappen er et vigtigt reservoir."

Hun planlægger at fokusere sin fremtidige forskning på at skubbe grænserne for præcision i xenon-isotopmålinger i en række geologiske prøver.

"Jo flere observationsmæssige begrænsninger vi har, des bedre, " hun sagde.