Nuestra investigación, publicada en Nature Geoscience , agrega una nueva y tentadora posibilidad: que al menos parte del oxígeno primitivo de la Tierra provino de una fuente tectónica a través del movimiento y la destrucción de la corteza terrestre.

La Tierra Arcaica

El eón Arcaico representa un tercio de la historia de nuestro planeta, desde hace 2,500 millones de años hasta hace 4,000 millones de años.

Esta Tierra alienígena era un mundo acuático, cubierto de océanos verdes , envuelto en una neblina de metano y carente por completo de vida multicelular. Otro aspecto extraño de este mundo era la naturaleza de su actividad tectónica.

En la Tierra moderna, la actividad tectónica dominante se llama tectónica de placas. En ella, la corteza oceánica &mdashla capa más externa de la Tierra debajo de los océanos&mdash se hunde en el manto terrestre (el área entre la corteza terrestre y su núcleo) en puntos de convergencia llamados zonas de subducción. Sin embargo, existe un debate considerable sobre si la tectónica de placas operó en la era Arcaica.

Una característica de las zonas de subducción modernas es su asociación con magmas oxidados. Estos magmas se forman cuando los sedimentos oxidados y las aguas del fondo (agua fría y densa cerca del fondo del océano) se introducen en el manto de la Tierra. Esto produce magmas con alto contenido de oxígeno y agua.

Nuestra investigación tuvo como objetivo probar si la ausencia de materiales oxidados en las aguas y sedimentos del fondo del Arcaico podría prevenir la formación de magmas oxidados. 

La identificación de tales magmas en rocas magmáticas neoarcaicas podría proporcionar evidencia de que la subducción y la tectónica de placas ocurrieron hace 2,700 millones de años.

El experimento para saber de dónde provino el oxígeno de la Tierra

Recolectamos muestras de rocas granitoides de 2,750 a 2,670 millones de años de antigüedad de toda la subprovincia de Abitibi-Wawa em la Provincia Superior &mdashel continente arcaico conservado más grande que se extiende a lo largo de 2,000 kilometros desde Winnipeg, Manitoba&mdash hasta el extremo oriental de Quebec. 

Esto nos permitió investigar el nivel de oxidación de los magmas generados a lo largo de la era Neoarcaica.

Medir el estado de oxidación de estas rocas magmáticas, formadas a través del enfriamiento y la cristalización del magma o la lava, es un desafío. Los eventos posteriores a la cristalización pueden modificar estas rocas a través de una deformación posterior, entierro o calentamiento.

Entonces, decidimos observar el mineral apatito que está presente en los cristales de circón en estas rocas. Los cristales de circón pueden soportar las intensas temperaturas y presiones de los eventos posteriores a la cristalización. Conservan pistas sobre los entornos en los que se formaron originalmente y proporcionan edades precisas para las rocas mismas.

Pequeños cristales de apatita que tienen menos de 30 micrones de ancho &mdashel tamaño de una célula de la piel humana&mdash quedan atrapados en los cristales de circón. Contienen azufre. 

Al medir la cantidad de azufre en la apatita, podemos establecer si la esta creció a partir de un magma oxidado.

Pudimos medir con éxito la fugacidad de oxígeno del magma arcaico original &mdashque es esencialmente la cantidad de oxígeno libre que contien&mdash, utilizando una técnica especializada llamada espectroscopia de estructura de borde cercano de absorción de rayos X (S-XANES) en el sincrotrón de fuente avanzada de fotones en el Laboratorio Nacional de Argonne en Illinois.

¿La Tierra creó oxígeno a partir del agua?

Descubrimos que el contenido de azufre del magma, que inicialmente era de alrededor de cero, aumentó a 2,000 partes por millón alrededor de 2,705 millones de años. 

Esto indicó que los magmas se habían vuelto más ricos en azufre. Además, el predominio de S6+, un tipo de ion de azufre, en la apatita sugirió que el azufre provenía de una fuente oxidada. Esto coincide con los datos de los cristales de circón del huésped.

Los nuevos hallazgos indican que los magmas oxidados se formaron en la era neoarcaica hace 2,700 millones de años. Los datos muestran que la falta de oxígeno disuelto en los depósitos oceánicos del Arcaico no impidió la formación de magmas oxidados ricos en azufre en las zonas de subducción. 

El oxígeno en estos magmas debe venir de otra fuente y finalmente fue liberado a la atmósfera durante las erupciones volcánicas.

Encontramos que la ocurrencia de estos magmas oxidados se correlaciona con los principales eventos de mineralización de oro en la Provincia Superior y Yilgarn Craton (Australia Occidental). Esto que demuestra una conexión entre estas fuentes ricas en oxígeno y la formación global de depósitos de mineral de clase mundial.

Las implicaciones de estos magmas oxidados van más allá de la comprensión de la geodinámica de la Tierra primitiva. Anteriormente, se pensaba que era poco probable que los magmas arcaicos pudieran oxidarse, cuando el agua del océano y las rocas o sedimentos del fondo del océano no lo estaban.

Aunque el mecanismo exacto no está claro, la aparición de estos magmas sugiere que el proceso de subducción &mdashdonde el agua del océano se lleva cientos de kilómetros hacia nuestro planeta&mdash genera oxígeno libre. Esto luego oxida el manto suprayacente.

Nuestro estudio muestra que la subducción arcaica habría sido un factor vital e imprevisto en la oxigenación de la Tierra, las primeras bocanadas de oxígeno hace 2,700 millones de años. También el Gran Evento de Oxidación, que marcó un aumento del oxígeno atmosférico en 2% de 2.45 a hace 2,320 millones de años.

Hasta donde sabemos, la Tierra es el único lugar del sistema solar, pasado o presente, con placas tectónicas y subducción activa. Esto sugiere que este estudio explicaría en parte la falta de oxígeno y, en última instancia, la vida en los otros planetas rocosos en el futuro.