У надрах планети, на глибинах, де тиск вимірюється десятками гігапаскалів, розплавлена порода здатна накопичувати кисень у кількостях, які досі здавалися геологам неможливими. Про це свідчить дослідження, опубліковане в журналі National Science Review (Oxford Academic), про яке повідомляє РБК-Україна. Міжнародна команда вчених у ході лабораторних експериментів довела, що магма під величезним тиском поглинає додатковий кисень як самостійну газову складову — нарівні з водою чи вуглекислим газом. При підйомі розплаву до поверхні тиск падає, і порода поступово віддає нагромаджені гази назовні. За розрахунками авторів, саме цей механізм мільярди років тому міг стати ключовим у формуванні атмосфери, придатної для дихання.

Перегляд усталеної моделі мантії

Довгий час у геологічному співтоваристві панувала модель, згідно з якою весь кисень, присутній у мантії Землі, тісно пов'язаний з іншими елементами — переважно з кремнієм або залізом у складі силікатних та оксидних мінералів. Ідея про те, що кисень може існувати в розплавленій породі як окрема, «вільна» фаза, вважалася малоймовірною. Проте нові експерименти ставлять під сумнів цю парадигму: дослідники показали, що за тисків, характерних для глибинних шарів мантії, магма здатна утримувати значний об'єм молекулярного кисню, вбудованого в кристалічну ґратку на атомному рівні, а не просто запертого у вигляді бульбашок.

Лабораторний експеримент: штучна порода та оксид платини

Для перевірки гіпотези вчені виготовили штучний аналог океанічної вулканічної породи та додали до нього оксид платини, створивши тим самим насичене киснем середовище, що імітує умови глибинного розплаву. За допомогою комбінації спектроскопічних методів та комп'ютерного моделювання дослідники підтвердили, що кисень справді вбудовується в структуру розплаву, утворюючи особливі хімічні зв'язки. Це не механічне «застрягання» газу в порах, а повноцінне атомне включення, що принципово змінює уявлення про перенесення летких компонентів у мантії.

Від мантії до атмосфери: механізм вивільнення

Коли магма з глибоких шарів мантії підіймається вгору — чи то в результаті тектонічного розриву, вулканічної активності, чи то формування великих магматичних провінцій — тиск у ній знижується. Втративши здатність утримувати велику кількість розчинених газів, порода починає поступово виділяти їх назовні. В умовах давньої Землі, коли вулканічна активність була на порядки інтенсивнішою за сучасну, сумарний об'єм вивільненого кисню міг бути колосальним. Автори дослідження підкреслюють, що цей механізм пояснює загадку минулого нашої планети, яку геологи та геохіміки намагалися розгадати десятиліттями.

Великі магматичні провінції та «0,27 відсотка»

У період від 2,5 до 2 мільярдів років тому на Землі відбувалися масові виверження величезних об'ємів лави — так звані великі магматичні провінції (Large Igneous Provinces), чиї сліди збереглися в геологічному літописі. За розрахунками вчених, якщо тодішня магма виділила у вигляді надлишкового кисню всього 0,27 відсотка від своєї маси, цього було б достатньо, щоб наповнити киснем усю сучасну атмосферу Землі. Таким чином, навіть відносно незначна частка вивільненого газу за масштабами давніх вулканічних подій здатна пояснити появу та накопичення вільного кисню в атмосфері.

Контекст: як кисень закріпився в атмосфері

Окреме дослідження, проведене вченими Каліфорнійського університету в Ріверсайді та опубліковане в журналі Earth, доповнює картину з іншого боку: воно пояснює, чому кисень, який з'явився в атмосфері близько 2,3 мільярда років тому в ході Великої події окиснення, не був знову поглинений. За даними цієї роботи, ключову роль відіграло зростання доступного фосфору в давніх океанах, яке стимулювало розвиток живих організмів та поховання органічного вуглецю в морських відкладеннях. Таким чином, два незалежні механізми — глибинне вивільнення кисню з магми та біогенне закріплення його в атмосфері — спільно формують цілісну картину походження та збереження земного кисню.