众所周知，地球上的生命和地球的地质是相互交织的，但是一项新的研究为这种联系的深度提供了新的证据。加州理工学院和加州大学伯克利分校的地球科学家在火成岩中发现了一种化学特征，记录了地球深部海洋氧合的开始——这一信号在地幔的熔炉中幸存了下来。这种氧合作用非常有趣，因为它开创了现代大气和海洋含氧量高的时代，并被认为使海洋生物多样化。
他们的发现发表在4月11日的《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Science)上，支持了一个关于岛弧岩浆地球化学的领先理论，并提供了地球表面生物过程影响地球内部的罕见例子。
岛弧是由一个海洋构造板块在另一个板块的俯冲作用下滑动而形成的。俯冲板块下降并向上覆的地幔释放富含水分的液体，导致地幔融化并产生岩浆，最终上升到地球表面。这个过程形成了岛弧火山，就像今天在日本群岛和环太平洋其他地方发现的火山一样。最终，通过板块构造，岛弧与大陆发生碰撞，并被并入大陆，在地质年代的岩石记录中保存下来。
最丰富的岩浆或火成岩是玄武岩——通常在熔岩流中发现的深色细粒岩石。今天地球上大多数玄武岩不是在岛弧上形成的，而是在深海中大洋脊上形成的。两者的一个众所周知的区别是，岛弧玄武岩比大洋中脊的玄武岩更容易被氧化。
对于这种差异，一个主要但有争议的假说是，海洋地壳在俯冲入地幔之前，在深海中被氧和硫酸盐氧化，将氧化物质输送到俯冲带上方岛弧的地幔源。
但人们并不认为地球上一直都有含氧大气和深海。相反，科学家们认为，氧气的出现——以及随之而来的地球维持有氧生命的能力——分两步发生。第一个事件发生在大约23亿到24亿年前，导致大气中的氧气含量增加了10万倍，达到现代水平的1%左右。
虽然这个时候的大气氧气浓度比以前高了很多，但仍然太低，不足以给深海充氧。人们认为，直到大约4亿到8亿年前，深海一直处于缺氧状态。大约在那个时候，大气中的氧气浓度被认为已经上升到现代水平的10%到50%。第二次跳跃被认为是为了让氧气循环进入深海。
"If现代岛弧相当氧化的原因是由于溶解氧和硫酸在深海中,然后设置一个有趣的潜力预测,"说丹尼尔Stolper(加州理工学院博士学位& # x27; 14),论文的作者之一,地球和行星科学助理教授在加州大学伯克利分校。我们大致知道深海何时富氧，因此，如果这个想法是正确的，人们可能会看到古代岛弧岩石在富氧之前和之后的氧化程度的变化
为了寻找岛弧火成岩中氧合事件的信号，斯托尔珀与加州理工学院地质学助理教授克莱尔·布乔兹(Claire Bucholz)合作，研究现代和古代弧岩浆岩石。斯托尔珀和布乔兹梳理了已发表的古代岛弧记录，并汇编了地球化学测量数据，揭示了数千万至数十亿年前爆发的弧形岩石的氧化状态。他们的想法很简单:如果来自地表的氧化物质俯冲并氧化了源岛弧岩的地幔区域，那么古代岛弧岩应该比现代岛弧岩更少被氧化(因此"还原")。
现在已经不那么常见了，但是科学家们过去经常对岩石样品中铁的氧化状态进行量化，" Bucholz说。所以有大量的资料等着重新检查
他们的分析揭示了一个明显的特征:在8亿到4亿年前，大块岩石样品中可检测到氧化铁的增加，与独立研究提出深海氧化作用发生的时间间隔相同。为了深入研究，研究人员还探索了对该信号的其他可能解释。例如，人们普遍认为，块状岩石中的铁的氧化状态可以通过变质过程(岩石的加热和压实)或在地表或地表附近改变岩石的过程而受到损害。Bucholz和Stolper构建了一系列测试来确定这些过程是否影响了记录。Bucholz说，几乎可以肯定发生了一些变化，但无论在哪里取样，变化都是一致的。她说，样品中氧化铁的含量可能在冷却和凝固后发生了变化，但所有样品中似乎都发生了类似的变化。
此外，斯托尔珀和布乔兹还编制了另一个反映弧岩浆地幔源氧化状态的指标。令人放心的是，这个独立的记录产生了与铁氧化态记录类似的结果。在此基础上，研究人员提出，深海的氧化作用不仅对地球表面和海洋产生影响，而且还改变了一大类火成岩的地球化学性质。
这项工作是对Bucholz早期研究的补充，Bucholz研究了23亿年前与第一次氧化事件相关的火成岩中矿物质氧化特征的变化。她收集了沉积型花岗岩，或称s型花岗岩，这些花岗岩是在两块大陆碰撞过程中沉积物的埋藏和加热过程中形成的，例如在印度次大陆与亚洲碰撞的喜马拉雅山脉。
花岗岩代表地球表面沉积的熔融沉积物。她说:“我想验证这样一种观点，即沉积物可能仍然记录着地球上氧气的首次上升，尽管它们经过加热和融化形成了花岗岩。”是的，确实是
她说，这两项研究都说明了地球地质和地球上繁盛的生命之间的紧密联系。这颗行星的进化和它上面的生命是相互交织的。不了解另一个，我们就无法了解其中一个，"说。
PNAS研究的题目是"新元古代到显生宙早期岛弧氧化还原状态的上升，这是由于深海氧合作用和海洋硫酸盐水平的增加
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