Как древние вулканы наполнили атмосферу Земли кислородом

Международная команда ученых представила новое объяснение происхождения кислорода в земной атмосфере, связав его с древними извержениями магмы. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Oxford Academic NSR, расплавленная порода в недрах планеты способна накапливать значительные объемы кислорода под воздействием огромного давления. При последующем подъеме магмы к поверхности этот газ мог высвобождаться, что, по мнению исследователей, способствовало формированию пригодной для жизни атмосферы миллиарды лет назад.

Ранее геологи придерживались мнения, что кислород в мантии Земли находится в связанном состоянии с такими элементами, как кремний и железо. Однако проведенные лабораторные эксперименты опровергли это предположение. Ученые доказали, что в условиях высокого давления магма может поглощать кислород как самостоятельную газовую составляющую, аналогично воде или углекислому газу.

Процесс накопления кислорода в магме

Для проверки своей гипотезы исследователи создали искусственный аналог вулканической породы, обогатив его оксидом платины для создания кислородной среды. Образцы подвергались плавлению при температурах от 1200 до 1800 градусов Цельсия в специальных прессах. Было установлено, что при обычном атмосферном давлении избыточный кислород практически отсутствовал. Однако под давлением, эквивалентным примерно 69 тысячам атмосфер (6,9 гигапаскаля), количество дополнительного кислорода в образцах превысило 5% от их массы.

С помощью спектроскопии и компьютерного моделирования ученые подтвердили, что кислород не просто задерживается в породе в виде пузырьков, а интегрируется в ее структуру на атомном уровне благодаря формированию специфических химических связей. Эти результаты были названы исключительными.

Влияние магматических провинций на атмосферу

Авторы исследования полагают, что механизм высвобождения кислорода при снижении давления во время подъема магмы к поверхности объясняет загадку прошлого Земли. Период между 2,5 и 2 миллиардами лет назад характеризовался массовыми извержениями огромных объемов лавы, известных как крупные магматические провинции.

По расчетам исследователей, если бы магма того времени выделила в виде избыточного кислорода всего 0,27% от своей массы, этого количества было бы достаточно для насыщения всей современной атмосферы Земли. Таким образом, древние вулканические процессы могли стать основным источником кислорода, сделавшего планету пригодной для жизни.