Jumlah oksigen di atmosfer bumi membuatnya menjadi planet yang layak huni.
Dua puluh satu persen atmosfer terdiri dari elemen pemberi kehidupan ini. Tetapi di masa lalu yang dalam—sejauh era Neoarchean 2,8 hingga 2,5 miliar tahun yang lalu—oksigen ini hampir tidak ada.
Jadi, bagaimana atmosfer Bumi menjadi teroksigenasi?
Penelitian kami, yang diterbitkan diNature Geoscience, menambahkan kemungkinan baru yang menggiurkan: bahwa setidaknya beberapa oksigen awal Bumi berasal dari sumber tektonik melalui pergerakan dan penghancuran kerak bumi.
Bumi Archean
Eon Archean mewakili sepertiga dari sejarah planet kita, dari 2,5 miliar tahun yang lalu hingga empat miliar tahun yang lalu.
Bumi alien ini adalah dunia air, tertutuplautan hijau, diselimutikabut metanadan sama sekali tidak memiliki kehidupan multi-seluler. Aspek asing lain dari dunia ini adalah sifat aktivitas tektoniknya.
Di Bumi modern, aktivitas tektonik dominan disebut tektonik lempeng, di mana kerak samudera—lapisan terluar Bumi di bawah lautan—tenggelam ke dalam mantel Bumi (area antara kerak bumi dan intinya) pada titik konvergensi yang disebut zona subduksi. Namun, ada banyak perdebatan tentang apakah lempeng tektonik beroperasi kembali di era Archean.
Salah satu fitur zona subduksi modern adalah hubungannya denganmagma teroksidasi. Magma-magma ini terbentuk ketika sedimen teroksidasi dan perairan dasar—air dingin dan padat di dekatdasar laut—dimasukkan ke dalam mantel Bumi. Ini menghasilkan magma dengan kandungan oksigen dan air yang tinggi.
Penelitian kami bertujuan untuk menguji apakah tidak adanya bahan teroksidasi di perairan dasar Archean dan sedimen dapat mencegah pembentukan magma teroksidasi. Identifikasi magma tersebut dalam batuan magmatik Neoarchean dapat memberikan bukti bahwa subduksi dan tektonik lempeng terjadi 2,7 miliar tahun yang lalu.
Percobaan
Kami mengumpulkan sampel batuan granitoid berusia 2750 hingga 2670 juta tahun dari seluruh subprovinsi Abitibi-Wawa di Provinsi Superior—benua Archean terbesar yang diawetkan yang membentang lebih dari 2000 km dari Winnipeg, Manitoba, hingga Quebec timur jauh. Ini memungkinkan kami untuk menyelidiki tingkat oksidasi magma yang dihasilkan di seluruh era Neoarchean.
Mengukur keadaan oksidasi batuan magmatik ini—terbentuk melalui pendinginan dan kristalisasimagmaatau lava—merupakan tantangan. Peristiwa pasca-kristalisasi mungkin telah memodifikasi batuan ini melalui deformasi, penguburan, atau pemanasan di kemudian hari.
Jadi, kami memutuskan untuk melihatmineralapatityang ada dalamkristal zirkondi batuan ini. Kristal zirkon dapat menahan suhu dan tekanan intens dari peristiwa pasca-kristalisasi. Mereka mempertahankan petunjuk tentang lingkungan di mana mereka awalnya terbentuk dan memberikan usia yang tepat untuk bebatuan itu sendiri.
Kristal apatit kecil yang lebarnya kurang dari 30 mikron—seukuran sel kulit manusia—terperangkap dalamkristal zirkon. Mereka mengandung belerang. Dengan mengukur jumlah sulfur dalam apatit, kita dapat menentukan apakah apatit tumbuh dari magma yang teroksidasi.
Kami berhasil mengukurfugakitasoksigen dari magma Archean asli—yang pada dasarnya adalah jumlah oksigen bebas di dalamnya—menggunakan teknik khusus yang disebut X-ray Absorption Near Edge Structure Spectroscopy (S-XANES) di synchrotron Advanced Photon Source diArgonne National Laboratory di Illinois.
Menciptakan oksigen dari air?
Kami menemukan bahwa kandungan sulfur magma, yang awalnya sekitar nol, meningkat menjadi 2000 bagian per juta sekitar 2705 juta tahun. Ini menunjukkan magma telah menjadi lebih kaya belerang. Selain itu,dominasi S6+—sejenis ion sulfer—dalam apatitmenunjukkan bahwa belerang berasal dari sumber teroksidasi, cocok dengandata dari kristal zirkon inang.
Temuan baru ini menunjukkan bahwa magma teroksidasi memang terbentuk di era Neoarchean 2,7 miliar tahun yang lalu. Data menunjukkan bahwa kekurangan oksigen terlarut di reservoir laut Archean tidak mencegah pembentukan magma yang kaya sulfur dan teroksidasi dizona subduksi. Oksigen dalam magma ini pasti berasal dari sumber lain, dan akhirnya dilepaskan ke atmosfer selama letusan gunung berapi.
Kami menemukan bahwa terjadinya magma teroksidasi ini berkorelasi dengan peristiwa mineralisasi emas utama di Provinsi Superior dan Yilgarn Craton (Australia Barat), menunjukkan hubungan antara sumber-sumber kaya oksigen ini dan pembentukan endapan bijih kelas dunia global.
Implikasi dari magma teroksidasi ini melampaui pemahaman geodinamika Bumi awal. Sebelumnya, diperkirakan tidak mungkin magma Archean dapat teroksidasi, ketikaairlaut danbatuan atau sedimen dasar lauttidak.
Sementara mekanisme pastinya tidak jelas, terjadinya magma-magma ini menunjukkan bahwa proses subduksi, di mana air laut dibawa ratusan kilometer ke planet kita, menghasilkan oksigen bebas. Ini kemudian mengoksidasi mantel di atasnya.
Studi kami menunjukkan bahwa subduksi Archean bisa menjadi faktor penting dan tak terduga dalam oksigenasi Bumi, bau awal oksigen 2,7 miliar tahun yang lalu dan jugaPeristiwa Oksidasi Besar, yang menandai peningkatan oksigen atmosfer sebesar dua persen 2,45 hingga 2,32 miliar tahun yang lalu.
Sejauh yang kita tahu, Bumi adalah satu-satunya tempat di tata surya—dulu atau sekarang—dengantektonik lempengdan subduksi aktif. Ini menunjukkan bahwa penelitian ini sebagian dapat menjelaskan kekuranganoksigendan, pada akhirnya, kehidupan di planet berbatu lainnya di masa depan juga.(phys.org)
