Ученые обнаружили скрытый резервуар кислорода глубоко внутри Земли

Ученые обнаружили, что расплавленная порода глубоко внутри Земли может содержать значительно больше кислорода, чем предполагалось. В ходе экспериментов при давлении до 7 ГПа было установлено, что при таком давлении избыточный кислород составлял более 5% веса образца, тогда как при нормальном атмосферном давлении его практически не было. Это ставит под сомнение давнее представление о том, что содержание кислорода в магме ограничено ее химическим составом, и указывает на возможный скрытый вклад глубинных процессов в формирование богатой кислородом атмосферы Земли.

Кислород — один из самых распространенных элементов внутри Земли и составляет более половины атомов в силикатной части планеты, но традиционно он не рассматривался как отдельный летучий компонент магмы, в отличие от воды и углекислого газа. Исследование под руководством Яньхао Линя и Хо-Кван Мао из Научно-исследовательского института высоких давлений (HPSTAR) с коллегами из Северо-Западного политехнического университета и Амстердамского свободного университета было опубликовано в Национальном научном обозрении (National Science Review). Ученые нагревали синтетический базальт срединно-океанических хребтов до 1200–1800 °C при давлении до 7 ГПа, добавляли оксид платины для создания кислородной среды и по составу стекла оценивали избыточный кислород. Рамановская спектроскопия не выявила пузырьков кислородного газа, а компьютерные симуляции показали, что кислород может растворяться в расплаве вплоть до равновесия и образовывать пероксидоподобные связи; исследователи предлагают считать кислород независимым компонентом силикатных расплавов.

Открытие позволяет предположить, что магма, образованная в окисленных областях мантии, могла поглощать избыточный кислород на глубине, а при подъеме и снижении давления — высвобождать его, влияя на окисление верхней мантии, коры и атмосферы. Этот механизм может быть связан с промежутком примерно 2,5–2,0 млрд лет назад, когда атмосферный кислород существенно вырос и формировались крупные изверженные провинции. Предварительный расчет показывает, что если бы магма того периода высвободила избыточный кислород в количестве всего 0,27% своего веса, теоретически это могло бы соответствовать всему кислороду в современной атмосфере, хотя это не доказывает реальный вклад вулканизма. Результаты могут повлиять на модели древних магматических океанов, вулканической дегазации и условий обитаемости на каменистых планетах, но требуют дальнейших исследований природных магм.