Новый параметр улучшает понимание эволюции окислительно-восстановительных состояний мантии

Исследователи из Института океанологии Китайской академии наук (IOCAS) совместно с коллегами предложили новый параметр — «потенциальную фугитивность кислорода». Он позволяет напрямую сравнивать характеристики фугитивности кислорода (fO₂) расплавов, образованных на разных глубинах мантии.

Фугитивность кислорода мантии контролирует формы нахождения и подвижность летучих веществ в ней, влияя на состав летучих, выделяющихся при магматической активности, и тем самым регулируя состав атмосферы. Однако текущие исследования fO₂ в основном сосредоточены на изучении магм мантийного происхождения. Поскольку стабильность Fe³⁺ в гранате растет с давлением, fO₂ мантии снижается с глубиной. Следовательно, различия в fO₂ расплавов могут отражать вариации глубины их образования, зависящей от температуры мантии, а не исходные различия в её окислительно-восстановительном состоянии. Новый параметр, аналогичный классическому определению потенциальной температуры, представляет собой fO₂ мантии при 1 ГПа в предположении отсутствия плавления при декомпрессии.

«Расшифровка эволюции окислительно-восстановительного состояния мантии со времен гадейского эона имеет решающее значение для понимания таких важных научных вопросов, как глубокий цикл углерода, эволюция состава атмосферы и происхождение жизни», — отметил первый автор исследования, доктор Чжан Фанъи из IOCAS.

Используя разработанный параметр, учёные проанализировали данные по базальтам нормальной мантии и коматиитам/пикритам мантийных плюмов со всего мира, начиная с 3,8 Ga. Результаты показали, что fO₂ архейских магм была значительно ниже, чем пост-архейских, и демонстрировала сильную отрицательную корреляцию с потенциальной температурой мантии и давлением плавления. После нормализации всех данных к «потенциальной фугитивности кислорода» выяснилось, что fO₂ как нормальной мантии, так и источников плюмов (нижняя мантия) оставалась постоянной с гадейского эона.

«Изменения fO₂ магм мантийного происхождения были обусловлены изменениями глубины и степени плавления», — пояснил соавтор работы, доцент Винченцо Станьо из Римского университета Сапиенца. Таким образом, рост fO₂ магм со времен архея был вызван долгосрочным охлаждением мантии, что привело к уменьшению глубины плавления и повлияло на состав атмосферы. Это исследование интегрирует тепловое и окислительно-восстановительное состояние мантии с эволюцией атмосферы, предоставляя новую перспективу для понимания совместной истории эволюции многосферной системы Земли.

Исследование было опубликовано в журнале Nature Communications 10 августа.