Исследователи смоделировали процессы, преобладавшие в ранних магматических океанах

Исследователи из Баварского исследовательского института экспериментальной геохимии и геофизики (BGI) Университета Байройта с помощью экспериментов при высоком давлении подтвердили гипотезу о том, что в ранней геологической истории высокое давление в магматических океанах привело к сильному окислению верхней мантии Земли. Это, в свою очередь, вызвало выделение в атмосферу богатых кислородом соединений, таких как CO₂ и H₂O. Результаты опубликованы в журнале Science.

Во время формирования Земли столкновения с планетезималями создавали магматические океаны глубиной до 2500 км, содержащие окисленное железо Fe²⁺. В экспериментах, моделирующих давление свыше 20 ГПа (что эквивалентно массе Эйфелевой башни на площади мяча для гольфа), Fe²⁺ не оставался стабильным. Вместо него образовывалось небольшое количество металлического железа Fe⁰ и большое количество более сильно окисленного железа Fe³⁺. При максимальном давлении до 96% железа в образцах превращалось в Fe³⁺.

Эти процессы привели к тому, что Fe³⁺ остался в верхней мантии после остывания Земли, а плотное Fe⁰ опустилось к ядру. В результате верхняя мантия оказалась в сильно окисленном состоянии, что в течение миллиардов лет способствовало выделению в атмосферу кислородосодержащих соединений (CO₂, H₂O), а не восстановленных, таких как метан и водород.

«Мы не утверждаем, что высокое содержание кислорода в атмосфере Земли связано исключительно с высоким давлением, — говорит соавтор работы доктор Кэтрин МакКэммон из BGI, — но ясно, что эти процессы сыграли в этом важнейшую роль».