Forskere simulerer processer, der hersker i tidlige magmahave

Årsagen til, at Jordens atmosfære har indeholdt så meget ilt siden omkring to milliarder år siden sammenlignet med atmosfæren på andre kendte planeter, har i lang tid forblevet et mysterium. Forskere ved det bayerske forskningsinstitut for eksperimentel geokemi og geofysik (BGI) ved University of Bayreuth brugte for nylig højtrykseksperimenter til at underbygge en hidtil ubevist mistanke:I tidlig geologisk historie, højtryk i magmahavene udløste processer, der resulterede i, at Jordens øvre kappe blev stærkt oxideret. Dette førte efterfølgende til, at iltrige forbindelser som kuldioxid og vanddamp slap ud fra kappen til atmosfæren. Forskerne har præsenteret deres resultater i tidsskriftet Videnskab .

Det har været kendt i nogen tid, at mange mindre himmellegemer - såkaldte planetembryoner og planetoider - under Jordens dannelse ramte dens overflade. Enorme mængder energi blev frigivet i processen, smelter store mængder sten. Varme magmahave blev dannet i jordens kappe, strækker sig til en dybde på op til 2, 500 kilometer og indeholdende oxideret jern Fe ²⁺ ("jernholdigt jern"). Bayreuth-forskerne simulerede trykket, der virkede på Fe ²⁺ i magmahavene i en række højtryksforsøg. Til dette formål, tryk på mere end 20 gigapascal blev genereret i BGI's laboratorier. "Det svarer til at sætte hele Eiffeltårnets masse på en genstand på størrelse med en golfbold, " siger Katherine Armstrong, hovedforfatter af undersøgelsen, som modtog sin doktorgrad fra University of Bayreuth og nu arbejder ved University of California Davis.

I adskillige eksperimentelle kørsler, Fe ²⁺ -holdig sten blev udsat for ekstremt høje tryk af samme størrelsesorden. Det viste sig, at Fe ²⁺ forbliver ikke stabil under disse forhold:I stedet for Fe ²⁺ , kørselsprodukterne ved afslutningen af ​​eksperimenterne indeholdt en lille andel ikke-oxideret jern-Fe ⁰ ("metallisk jern") på den ene side, og en stor del af det stærkere oxiderede jern Fe ³⁺ ("jernjern") på den anden side. Ved det højeste tryk nået, 96 procent af jernet i prøverne var Fe ³⁺ .

Disse resultater bekræfter eksperimentelt hypotesen for første gang, at i den tidlige geologiske historie, store mængder Fe ³⁺ blev dannet, der forblev i den øvre kappe efter afkølingen af ​​Jorden. I mellemtiden det ikke-oxiderede jern, der blev dannet i magmahavene, sank snart til Jordens kerne på grund af dets høje tæthed. Som resultat, jordens øverste kappe blev efterladt i en forholdsvis stærkt oxideret tilstand. Ikke langt under jordens overflade, der udviklede sig forskellige fysisk-kemiske forhold, der i løbet af milliarder af år fik store mængder iltrige forbindelser til at blive frigivet til jordens atmosfære, især kuldioxid og vanddamp, i stedet for de reducerede forbindelser methan og brint.

"I vores nye undersøgelse, vi påstår ikke, at det høje iltindhold i Jordens atmosfære sammenlignet med andre planeter udelukkende skyldes højtryksændringer i jern. Men én ting synes at være klar:Disse processer spillede en stor rolle i, at Jorden var omgivet af en iltrig atmosfære, " siger Dr. Catherine McCammon fra det bayerske forskningsinstitut for eksperimentel geokemi og geofysik, som var tæt involveret i forskningen.