24 июля, 2024

hleb

Находите все последние статьи и смотрите телешоу, репортажи и подкасты, связанные с Россией.

Как древние микроорганизмы помогли вызвать массовые вулканические извержения

Как древние микроорганизмы помогли вызвать массовые вулканические извержения

Формирование полос метаморфического железа на юге Вайоминга, демонстрирующее тонкую слоистость. Возраст камня примерно 2,7 миллиарда лет. Темные полосы — это оксиды железа (магнитный оксид железа, гематит), а оранжево-красные полосы — это прожилки оксида железа (яшма). Предоставлено: Линда Велценбах Фрайс/Университет Райса.

Новое исследование предполагает, что древние микроорганизмы способствовали массовым вулканическим извержениям.

Согласно недавнему исследованию Университета Райса, полосчатые железные образования и осадочные породы с потрясающими слоями оранжевого, желтого, серебристого, коричневого и обожженного голубовато-черного цвета могут быть катализатором некоторых из крупнейших вулканических извержений на Земле в истории.

Эти породы состоят из оксидов железа, которые много лет назад опустились на дно океана и со временем затвердели в плотные слои. Недавно опубликованное исследование в Естественные науки о Земле Предполагается, что эти богатые железом слои могут действовать как мост, соединяющий древние поверхностные изменения, такие как появление фотосинтетической жизни, с такими планетарными процессами, как вулканизм и тектоника плит.

В дополнение к соединению планетарных процессов, которые обычно считались несвязанными, исследование может переосмыслить понимание учеными ранней истории Земли и дать представление о процессах, которые могли создать обитаемые экзопланеты далеко за пределами нашей Солнечной системы.

«Эти камни буквально рассказывают историю изменения планетарной среды», — сказал Дункан Килер, ведущий автор исследования и научный сотрудник Департамента наук о Земле, окружающей среде и планетах в Райсе. «Они олицетворяют изменение химического состава атмосферы и океанов».

Дункан Киллер

Дункан Келлер — научный сотрудник Департамента наук о Земле, окружающей среде и планетах Райсского университета и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Nature Geoscience. Предоставлено: Джефф Витлоу/Университет Райса.

Полосчатые образования железа представляют собой химические отложения, образовавшиеся непосредственно из древней морской воды, богатой растворенным железом. Метаболические действия микроорганизмов, в т.ч. Фотосинтез, считается, что это способствовало осаждению минералов, которые со временем образовывались слой за слоем вместе с кремнем (микрокристаллическим диоксидом кремния). Самые большие отложения образовались, когда кислород накапливался в атмосфере Земли около 2,5 миллиардов лет назад.

«Эти породы образовались в древних океанах, и мы знаем, что эти океаны позже были закрыты с боков в результате тектонических процессов», — пояснил Келлер.

Хотя мантия твердая, она течет подобно жидкости со скоростью роста ногтя. Тектонические плиты — участки земной коры и верхней мантии размером с континент — находятся в постоянном движении, в основном в результате конвекционных течений в мантии. Земные тектонические процессы управляют жизненными циклами океанов.

«Точно так же, как сегодня закрывается Тихий океан — он падает под Японию и под Южную Америку — древние океанские бассейны были тектонически разрушены», — сказал он. «Эти породы либо выталкиваются на континенты и сохраняются — и мы видим, что некоторые из них сохранились, и вот откуда взялись породы, на которые мы смотрим сегодня, — либо погружены в мантию».

Формирование полос метаморфического железа

Железная метаморфическая полосчатая формация хребта Хаммерсли в Западной Австралии. Возраст камня около 2,5 миллиардов лет. Темные полосы — оксиды железа (гематит, магнетит), красноватые — с включениями оксида железа (яшма), золотистые — амфибол и кварц. Образец собран Син Тэ Ли. Предоставлено: Линда Велценбах Фрайс/Университет Райса.

Из-за более высокого содержания железа полосчатые железные образования намного плотнее мантии, что заставило Киллер задуматься, не погрузились ли выступающие части образований полностью и осели в самой нижней области мантии около верхней части ядра Земли. Там, под огромной температурой и давлением, они претерпели бы глубокие изменения, так как их минералы приобрели другую структуру.

«Есть очень интересные работы по изучению свойств оксидов железа в этих условиях», — сказал Келлер. «Они могут стать высокопроводящими как термически, так и электрически. Некоторые проводят тепло так же легко, как и минералы. Поэтому вполне возможно, что эти породы, оказавшись в нижней мантии, могут превратиться в высокопроводящие глыбы, подобные горячим плитам».

Келлер и его коллеги предполагают, что обогащенные области в подводных формациях железа могут способствовать формированию мантийных плюмов, каналов горячих пород, возвышающихся над термальными аномалиями в нижней мантии, которые могут производить супервулканы, подобные тем, которые сформировали Гавайские острова. «Под Гавайями сейсмические данные показывают нам горячий канал восходящей мантийной воды», — сказал Келлер. «Представьте себе горячую точку на вашей плите. Когда вода в вашем котле закипит, вы увидите больше пузырьков над столбом воды, поднимающимся в этой области. Перья мантии — своего рода гигантская версия этого».

Образец полосчатой ​​метаморфической формации железа

Формирование полос метаморфизма железа в южном Вайоминге, демонстрирующее деформацию и складчатость. Возраст камня примерно 2,7 миллиарда лет. Темные полосы — это оксиды железа (магнитный оксид железа, гематит), а желто-оранжевые полосы насыщены оксидом железа (яшма). Предоставлено: Линда Велценбах Фрайс/Университет Райса.

«Мы рассмотрели возраст отложений полосчатых железных образований и возраст крупных базальтовых извержений, называемых крупными магматическими провинциями, и обнаружили, что существует корреляция», — сказал Келлер. «Несколько извержений — настолько мощных, что 10 или 15 более крупных извержений хватило бы, чтобы всплыть на поверхность всей планеты, — предшествовали отложения полосчатого железа с интервалом около 241 миллиона лет, плюс-минус 15 миллионов. Это сильная корреляция с логическим механизмом».

Исследование показало, что существует разумный период времени, когда железные образования с глубокими полосами сначала втянутся в нижнюю мантию, а затем воздействуют на тепловой поток, чтобы направить шлейф к поверхности Земли на высоту в тысячи километров.

Пытаясь проследить полет полосатых железных формирований, Килер нарушила дисциплинарные границы и столкнулась с неожиданными видениями.

«Если то, что происходит в ранних океанах после того, как микроорганизмы химически изменили поверхностную среду, в конечном итоге привело к массивным пирокластическим потокам в других местах на Земле 250 миллионов лет спустя, то это означает, что эти процессы связаны и «разговаривают» друг с другом, — сказал Келлер. — Это также означает, что связанные процессы могут иметь гораздо большие масштабы, чем ожидали люди. Чтобы сделать такой вывод, нам пришлось использовать данные из многих областей минералогии, геохимии, геофизики и седиментологии».

Келлер надеется, что это исследование подтолкнет к дальнейшим исследованиям. «Я надеюсь, что это послужит мотивацией для людей в различных областях, которых она касается», — сказал он. «Я думаю, было бы очень здорово, если бы это заставило людей по-новому говорить друг с другом о том, как связаны разные части земной системы».

Келлер является частью Чистые планеты: циклы летучих элементов, необходимых для жизни на скалистых планетах программа, междисциплинарная, межучрежденческая группа ученых во главе с Радждипом Дасгуптой, Райс В. Моррис Юинг, профессор наук о системах Земли в Департаменте наук о Земле, окружающей среде и планетах.

«Это очень междисциплинарное сотрудничество, направленное на изучение того, как летучие элементы, важные для биологии — углерод, водород, азот, кислород, фосфор и сера — ведут себя на планетах, как планеты приобретают эти элементы и какую роль они играют в обеспечении обитаемости планет», — сказал Келлер.

Он добавил: «Мы используем Землю в качестве нашего лучшего примера, но мы пытаемся выяснить, что присутствие или отсутствие одного или некоторых из этих элементов может означать для планет в целом».

Ссылка: «Связи между крупным вулканическим вулканизмом округа и железистыми арочными образованиями» Дункана С. Естественные науки о Земле.
DOI: 10.1038/s41561-023-01188-1

Исследование финансировалось НАСА и Совет по естественным наукам и инженерным исследованиям Канады.

READ  Детектор гравитационных волн LIGO снова в действии после трехлетней модернизации