დედამიწის ატმოსფეროში ჟანგბადის რაოდენობა მას სიცოცხლისთვის ხელსაყრელ პლანეტად აქცევს. ჩვენი პლანეტის ატმოსფეროს 21% ამ სიცოცხლისმომცემი ელემენტისგან შედგება, თუმცა ღრმა წარსულში — ჯერ კიდევ ნეოარქაულ ერაში 2,8-დან 2,5 მილიარდი წლის წინ — ეს ჟანგბადი, თითქმის, არ არსებობდა. მაშ, როგორ მოხვდა დედამიწის ატმოსფეროში ჟანგბადი?

Nature Geoscience-ში გამოქვეყნებული ახალი კვლევა გვთავაზობს დაშვებას, რომ, დედამიწის ადრეული ჟანგბადის ნაწილი მაინც, გაჩნდა ტექტონიკური წყაროდან დედამიწის ქერქის მოძრაობისა და განადგურების გზით.

არქაული დედამიწა

არქაული ეონი წარმოადგენს ჩვენი პლანეტის ისტორიის მესამედს, 4-2,5 მილიარდი წლის წინ. ეს ჩვენთვის უცხო დედამიწა იყო წყლის სამყარო, დაფარული მწვანე ოკეანეებითა და მეთანის ნისლით და სრულიად მოკლებული იყო მრავალუჯრედიან სიცოცხლეს. ამ პლანეტის კიდევ ერთ უცხო ასპექტს წარმოადგენდა მისი ტექტონიკური აქტივობის ბუნება.

თანამედროვე დედამიწაზე დომინანტურ ტექტონიკურ აქტივობას ეწოდება ფილების ტექტონიკა, სადაც ოკეანის ქერქი — დედამიწის ყველაზე გარე ფენა ოკეანეების ქვეშ — იძირება დედამიწის მანტიაში (დედამიწის ქერქსა და მის ბირთვს შორის) კონვერგენციის წერტილებში, რომლებსაც ეწოდება სუბდუქციის ზონები. თუმცა, არსებობს მნიშვნელოვანი დავა იმის შესახებ, მოქმედებდა თუ არა ფილების ტექტონიკა ჯერ კიდევ არქაულ ეპოქაში.

თანამედროვე სუბდუქციის ზონების ერთ-ერთი მახასიათებელია მათი კავშირი დაჟანგულ მაგმებთან. ეს მაგმები წარმოიქმნება, როდესაც დაჟანგული ნალექები და ქვედა წყლები — ცივი, მკვრივი წყალი ოკეანის ფსკერის მახლობლად — შედის დედამიწის მანტიაში. ეს წარმოქმნის მაგმებს ჟანგბადისა და წყლის მაღალი შემცველობით.

ეს კვლევა მიზნად ისახავდა, შეემოწმებინა, შეუძლია თუ არა დაჟანგული მასალების არარსებობას არქაული ფსკერის წყლებსა და ნალექებში, თავიდან აიცილოს დაჟანგული მაგმების წარმოქმნა. ასეთი მაგმების იდენტიფიცირება ნეოარქაულ მაგმურ ქანებში შეიძლება იყოს მტკიცებულება იმისა, რომ სუბდუქცია და ფილების ტექტონიკა მოხდა 2,7 მილიარდი წლის წინ.

ექსპერიმენტი

მკვლევრებმა შეაგროვეს 2 750-დან 2 670 მილიონი წლის წინანდელი გრანიტოიდური ქანების ნიმუშები Superior Province-ის აბიტიბი-ვავას ქვეპროვინციიდან (Superior Province იგივე Superior Craton არის სტაბილური ქერქის ბლოკი, რომელიც მოიცავს კვებეკს, ონტარიოსა და სამხრეთ-აღმოსავლეთ მანიტობას კანადაში და ჩრდილოეთ მინესოტას შეერთებულ შტატებში. ეს არის ყველაზე დიდი კრატონი არქაულ პერიოდში ჩამოყალიბებულთა შორის). ამან მკვლევრებს საშუალება მისცა, გამოეკვლიათ ნეოარქაულ ეპოქაში წარმოქმნილი მაგმების დაჟანგვის დონე.

ფოტო: Xuyang Meng

დაჟანგვის მდგომარეობის გაზომვა ამ მაგმური ქანებისა, რომლებიც წარმოიქმნება მაგმის ან ლავის გაგრილებისა და კრისტალიზაციის შედეგად, რთულია. კრისტალიზაციის შემდგომმა მოვლენებმა შეიძლება შეცვალოს ეს ქანები მოგვიანებით დეფორმაციის, დამარხვის ან გაცხელების გზით.

ასე რომ, მათ გადაწყვიტეს, დაჰკვირვებოდნენ მინერალ აპატიტს, რომელიც არის ამ ქანების ცირკონის კრისტალებში. ცირკონის კრისტალებს შეუძლია, გაუძლოს კრისტალიზაციის შემდგომი მოვლენების ინტენსიურ ტემპერატურასა და წნევას. ისინი ინარჩუნებს მინიშნებებს იმ გარემოს შესახებ, რომელშიც თავდაპირველად ჩამოყალიბდა და გვაწვდის ქვების ზუსტ ასაკს.

აპატიტის მცირე კრისტალები, რომელთა სიგანე 30 მიკრონზე ნაკლებია — ანუ ადამიანის კანის უჯრედის ზომისაა — ცირკონის კრისტალებშია მოთავსებული. ისინი შეიცავს გოგირდს. აპატიტში გოგირდის რაოდენობის გაზომვით, შეგვიძლია, დავადგინოთ, გაიზარდა თუ არა აპატიტი დაჟანგული მაგმისგან.

მკვლევრებმა შეძლეს, წარმატებით გაეზომათ თავდაპირველი არქაული მაგმის ჟანგბადის ფუგაციურობა — რაც, არსებითად, გულისხმობს მასში თავისუფალი ჟანგბადის რაოდენობას — სპეციალიზებული ტექნიკის გამოყენებით, სახელწოდებით X-ray Absorption Near Edge Structure Spectroscopy (S-XANES) (რენტგენის შთანთქმის ახლო კიდეების სტრუქტურის სპექტროსკოპია) Advanced Photon Source (მოწინავე ფოტონის წყაროს) სინქროტრონში, ილინოისის არგონის ეროვნულ ლაბორატორიაში.

ჟანგბადის წყლისგან შექმნა?

აღმოაჩინეს, რომ მაგმას გოგირდის შემცველობა, რომელიც თავდაპირველად, დაახლოებით, ნულის ტოლი იყო, გაიზარდა 2 000 ნაწილამდე მილიონზე, დაახლოებით, 2 705 მილიონი წლის განმავლობაში. ეს იმაზე მეტყველებს, რომ მაგმები გოგირდით უფრო მდიდარი გახდა. გარდა ამისა, სიჭარბე აპატიტში S6+-ისა, რომელიც გოგირდის იონის სახეობას წარმოადგენს, გვაძლევს საშუალებას, ვივარაუდოთ, რომ გოგირდი მოდის დაჟანგული წყაროდან, რომელიც ემთხვევა მასპინძელი ცირკონის კრისტალების მონაცემებს.

ეს ახალი აღმოჩენები მიუთითებს იმაზე, რომ დაჟანგული მაგმები წარმოიქმნა ნეოარქაულ ეპოქაში, 2,7 მილიარდი წლის წინ. მონაცემები აჩვენებს, რომ არქაული ოკეანის რეზერვუარებში გახსნილი ჟანგბადის ნაკლებობას ხელი არ შეუშლია სუბდუქციის ზონებში გოგირდით მდიდარი, დაჟანგული მაგმების წარმოქმნისთვის. ამ მაგმებში ჟანგბადი სხვა წყაროდან უნდა მოდიოდეს და იგი საბოლოოდ გამოვიდა ატმოსფეროში ვულკანური ამოფრქვევის დროს.

მკვლევრებმა აღმოაჩინეს, რომ ამ დაჟანგული მაგმების გაჩენა კორელაციაშია ოქროს მინერალიზაციის ძირითად მოვლენებთან Superior Province-სა და Yilgarn Craton-ში (დასავლეთ ავსტრალია), რაც აჩვენებს კავშირს ამ ჟანგბადით მდიდარ წყაროებსა და მსოფლიო დონის მადნის საბადოების წარმოქმნას შორის.

ამ დაჟანგული მაგმების შედეგები სცილდება ადრეული დედამიწის გეოდინამიკის ცოდნას. ადრე ნაკლებად სავარაუდოდ ითვლებოდა, რომ არქაული მაგმა შეიძლება დაჟანგულიყო, როცა ოკეანის წყალსა და ოკეანის ფსკერის ქანებს ან ნალექებს ეს არ მოსვლია.

მიუხედავად იმისა, რომ ზუსტი მექანიზმი გაურკვეველია, ამ მაგმების გაჩენა გვაძლევს საშუალებას, ვივარაუდოთ, რომ სუბდუქციის პროცესი, რომლის დროსაც ოკეანის წყალი ასობით კილომეტრის მანძილზე გადადის ჩვენს პლანეტაში, წარმოქმნის თავისუფალ ჟანგბადს. ეს კი შემდეგ ჟანგავს მანტიას.

კვლევამ აჩვენა, რომ არქაული სუბდუქცია შეიძლება ყოფილიყო სასიცოცხლო, გაუთვალისწინებელი ფაქტორი დედამიწის ჟანგბადით გამდიდრებაში, რომელმაც გაზარდა ატმოსფერული ჟანგბადის რაოდენობა 2%-ით 2,45-დან 2,32 მილიარდი წლის წინ.

რამდენადაც ვიცით, დედამიწა მზის სისტემაში ერთადერთი ადგილია — წარსულსა თუ აწმყოში — რომელსაც ახასიათებს ფილების ტექტონიკა და აქტიური სუბდუქცია. აქედან გამომდინარე, ამ კვლევამ შეიძლება, ნაწილობრივ ახსნას ჟანგბადის და, ამდენად, სიცოცხლის ნაკლებობა სხვა კლდოვან პლანეტებზე.

თუ სტატიაში განხილული თემა და ზოგადად: მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების სფერო შენთვის საინტერესოა, შემოგვიერთდი ჯგუფში – შემდეგი ჯგუფი.