Nedávna štúdia pozemského vedca z Macquarie University Dr. Chunfei Chena vrhá nové svetlo na geologické procesy spred troch miliárd rokov a predstavuje veľký posun v chápaní ranej Zeme vedeckou komunitou.

Nedávno uverejnené v časopise prírodyVýskum skúma transformačné účinky postupného ochladzovania Zeme na hlboké kolobehy uhlíka a chlóru medzi povrchom Zeme a jej vnútrom.

„Ochladzovanie Zeme spôsobilo obrovské zmeny v hlbokých cykloch uhlíka a chlóru,“ hovorí Dr. Chen.

Dr. Chunfei Chen vykonáva experimentálnu analýzu. Kredit: Macquarie University

„Dnes sa chlór zvyčajne vracia na povrch v sopečných plynoch, zatiaľ čo väčšina uhlíka je zachytená ako pevné uhličitany v hĺbkach stoviek kilometrov; ale kým Zem nedosiahla dve tretiny svojho súčasného veku, situácia bola presne opačná.“ .

Magma dominovala na zemskom povrchu v ranom období po sformovaní planéty, ale ako sa planéta postupne ochladzovala, vytvorili sa na povrchu kôrové vrstvy hrubé asi 100 km, ktoré kĺzali po plášti pod procesom tektoniky platní.

Keď sa oceánske tektonické dosky ponoria späť do plášťa v subdukčných zónach, sedimenty v podoceánskych panvách môžu byť tiež zatlačené do plášťa.

Vedci, ktorí študujú osud týchto sedimentov v experimentoch s vysokotlakovým tavením, predtým spracovali v priemere všetky oceánske sedimenty, v ktorých je uhlík len vedľajšou zložkou.

Väčšina uhlíka sa však hromadí v karbonátových ložiskách – známe príklady veľkých oblastí karbonátových ložísk na povrchu zahŕňajú Biele útesy v Doveri alebo Dolomity v Taliansku – a tieto sa môžu správať odlišne od malých frakcií uhlíka.

Ingleborough – Uhličitanové ložiská tvoria útesy v Doveri, Spojené kráľovstvo. Poďakovanie: Stephen Foley

Tím Dr. Chena použil vysokotlakové experimenty na simuláciu subdukcie vápenca a kriedy a zistil, že všetky nečistoty vo vápenci sa najskôr rozpustia, výsledkom čoho sú silikátové taveniny, zatiaľ čo uhličitany sú zatlačené hlbšie do pevnej formy a môžu postupovať hlbšie do plášťa. .

Výskumný tím tiež testoval podmienky, ktoré napodobňovali predchádzajúce teplejšie obdobia dlhej histórie Zeme, a zistil, že vápenec sa topil, ale soli sa nerozpustili v tavenine uhličitanu, ktorá ho vytvorila, a namiesto toho sa zatlačili hlbšie do plášťa a nepriniesli. späť na povrch. Ako sú dnes.

„Bolo fascinujúce vidieť, ako sa soľ a nečistoty úplne oddelili od uhličitanu,“ hovorí druhý autor štúdie, Dr. Michael Forster, ktorý vzorky analyzoval na Harvardskej univerzite. Austrálska národná univerzita.

Dr. Forster hovorí, že tím urobil prelom, keď elektrónový mikroskop priblížil a analyzoval malé experimentálne fázy, pričom ukázal pole ochladeného skla a soli vedľa čistých kryštálov kalcitu.

Keď to uvideli, Chunfei vzrušene odpovedal: „Super, zaujímavé, to znamená, že subdukčné zóny musia fungovať ako obrovský filter, ktorý prepúšťa soľ do hlbín Zeme!“

Tento výskum je súčasťou väčšieho projektu sledujúceho hlboké cykly uhlíka, dusíka a chlóru v evolučnej histórii Zeme, ktorý vedie významný profesor Stephen Foley z Macquarie University’s School of Natural Sciences.

„Výmena prchavých prvkov, ako je uhlík, chlór a dusík, medzi hlbokým zemským plášťom a povrchom je kľúčom k vývoju klímy, oceánov a všetkého života na Zemi,“ hovorí profesor Foley.

„Tento dôležitý výskum je prvý, ktorý berie do úvahy subdukciu obrovských oblastí karbonátových usadenín, a nie prechodné sedimentárne horniny – hoci je realistickejšie, aby sa obrovské bloky karbonátu podieľali na doskovej tektonike, “ hovorí.

„Je možné, že tieto zmeny v správaní chlóru a uhlíka v priebehu času ovplyvnili slanosť morskej vody v rôznych časoch histórie Zeme a mali vplyv na vývoj života na Zemi.“

Dodáva, že tento výskum povedie ku komplexnejšiemu pohľadu na vývoj našej planéty a jej presnej interakcie s vývojom života a mohol by nám pomôcť pochopiť podmienky na planétach mimo našej vlastnej planéty, ako je tá naša. Mars.

Odkaz: „Kôra bohatá na uhličitany poháňa hlboké cykly uhlík-chlór“ od Chunfei Chen, Michael W. Forster, Stephen F. Foley a Svyatoslav S. Shika, 9. augusta 2023, prírody.
doi: 10.1038/s41586-023-06211-4