Sićušni minerali sačuvani unutar drevnih kristala upućuju na to da su se dijelovi Zemljina plašta kemijski mijenjali mnogo prije nego što se koncentracija kisika u atmosferi trajno povećala. Analiza upućuje na sve izraženiju oksidaciju ispod drevnih vulkanskih lukova u razdoblju prije 3,4 do 3 milijarde godina.
U radu objavljenom u časopisu Nature Geoscience, tim Huga Moreire povezuje taj trend s prijenosom kemijski promijenjenog materijala s površine u dubinu. Nalaz se odnosi na određene dijelove plašta iz kojih su nastajale proučavane magme, a ne na jednoliku promjenu cijele Zemljine unutrašnjosti.
Sumpor sačuvan unutar kristala
Istraživači su proučavali apatit, mineral koji može sadržavati sumpor u različitim kemijskim stanjima. Posebno su im bili korisni njegovi sitni uklopci u cirkonu. Cirkon je otporan mineral iz kojeg se može odrediti vrijeme nastanka stijene, a ujedno štiti zarobljene uklopke od kasnijih promjena.
Upravo je zaštita važna za ovakvu rekonstrukciju. Stijena tijekom milijardi godina može biti zagrijavana, mijenjana i izložena prolasku tekućina. Kemijski sastav nezaštićenih minerala tada više ne mora odgovarati uvjetima u kojima je nastala prvotna magma.
Tim je odabrao 16 uzoraka stijena iz Australije, Finske, Južne Afrike, Brazila i Škotske. Najstariji su stari oko 3,42 milijarde godina, a najmlađi oko 425 milijuna godina. Pripadaju geokemijski usporedivoj skupini magmatskih stijena poznatih kao sanukitoidi, čiji sastav upućuje na međudjelovanje materijala iz kore i plašta.
Odabir srodnih stijena smanjuje mogućnost da razlike među uzorcima potječu samo od posve različitih načina nastanka. Uzorci ipak predstavljaju odabrane točke u geološkoj povijesti, a ne neprekinut zapis svake njezine etape.
Što zapravo znači oksidacija plašta
Pomoću rendgenske spektroskopije u Europskom postrojenju za sinkrotronsko zračenje u Grenobleu istraživači su odredili omjere različitih kemijskih stanja sumpora. Na temelju tih omjera procijenili su oksidacijske uvjete u magmi i u području plašta iz kojeg je potjecala.
Stručni naziv za promatranu veličinu jest fugacitet kisika. On opisuje kemijske uvjete koji određuju odnos oksidiranih i reduciranih spojeva. Ne znači da su se u plaštu pojavili džepovi plinovitog kisika ili da je unutrašnjost planeta počela “disati”.
Zapis pokazuje da je oksidacija postajala sve izraženija prije 3,4 do 3 milijarde godina. U proučavanim dijelovima plašta uvjeti su već prije približno 2,1 milijarde godina bili usporedivi s onima koji danas vladaju ispod vulkanskih lukova.
Površinski procesi mogli su doprijeti do dubine
Prema tumačenju autora, kemijsko trošenje stijena na površini postupno je povećavalo udio oksidiranih sumpornih spojeva. Njihovim prijenosom u dubinu, kroz procese poniranja i recikliranja površinskog materijala, mogao se mijenjati i sastav izvora magme.
Danas se takav prijenos odvija u zonama subdukcije, gdje jedna tektonska ploča ponire pod drugu. Rani Zemljini procesi nisu nužno bili jednaki današnjoj tektonici ploča. Autori u obzir uzimaju i jednostavnije oblike poniranja, sposobne povezati površinski materijal s plaštem.
Promjene počinju znatno prije Velikog oksidacijskog događaja, razdoblja trajnijeg porasta atmosferskog kisika prije otprilike 2,3 do 2,2 milijarde godina. U ranijim su razdobljima mogući bili kraći i lokalni porasti kisika, a oksidaciji su mogli pridonositi i anorganski procesi. Sama mineralna mjerenja ne utvrđuju kada je nastala fotosinteza koja oslobađa kisik.
Za precizniju rekonstrukciju prijenosa materijala s površine u dubinu potrebno je obuhvatiti više područja i usporedivih stijena. Sadašnji se zaključci odnose na izvore proučavanih magmi ispod vulkanskih lukova; ne pokazuju da se u isto vrijeme jednako mijenjao i okolni gornji plašt.
