Las pistas de algunas rocas inusuales de Arizona apuntaron a los científicos de la Universidad de Rice hacia un descubrimiento, una sutil firma química en rocas de todo el mundo, que podría responder a un misterio de larga data: ¿qué robó el hierro de los continentes de la Tierra?
El hallazgo tiene importantes implicaciones. Si el contenido de hierro de las rocas continentales fuera un poco mayor, como lo es en las rocas debajo de los océanos de la Tierra, por ejemplo, nuestra atmósfera podría parecerse más a la de Marte, un planeta tan lleno de óxido,rocas oxidadas que parecen rojas incluso desde la Tierra.
en un nuevo documento disponible en línea en Avances científicos , los petrólogos de Rice Cin-Ty Lee, Ming Tang, Monica Erdman y Graham Eldridge presentan un caso en el que el granate roba la mayor cantidad de hierro de los continentes. La hipótesis se opone a más de 40 años de pensamiento geofísico, y Tang, un posdoctoralcompañero, y Lee, profesor y presidente del Departamento de Ciencias de la Tierra, Ambientales y Planetarias de Rice, dijeron que esperan una buena dosis de escepticismo por parte de sus compañeros.
"El punto de vista estándar, con el que incluso estuvimos de acuerdo y escribimos documentos de acuerdo, es que el hierro es eliminado de la corteza continental por otro mineral llamado magnetita", dijo Lee. "Creo que la gente no ha pensado mucho en el granate, posiblemente porqueno aparece mucho y la magnetita aparece en muchas muestras "
Construir un caso a favor o en contra de cualquiera de los minerales no es fácil porque el hierro que se les acusa de robar desaparece a muchas millas por debajo de los volcanes activos. El mejor ejemplo hoy es el arco de volcanes que se extiende por las montañas de los Andes en América del Sur. Continental similarSe cree que los arcos han formado gran parte de las principales masas de tierra de la Tierra, pero los científicos no tienen instrumentos capaces de observar directamente lo que sucede debajo de los arcos volcánicos continentales. En cambio, el misterio del hierro perdido debe resolverse con un razonamiento deductivo sobre el funcionamiento interno de la Tierra y las rocas raras que contienen pistas.de la escena del crimen.
"La sabiduría aceptada es que la magnetita extrae el hierro de la masa fundida antes de que la masa fundida se levante y estalle en los arcos continentales", dijo Tang. "El agotamiento del hierro es más pronunciado en los arcos continentales, donde la corteza es gruesa, y mucho menosen arcos de islas, donde la corteza es delgada. Sin embargo, no hay una explicación obvia de por qué la extensión de la magnetita se correlacionaría con el grosor de la corteza ".
Pero el granate se correlaciona. Almandine, un tipo de granate cargado de hierro, se hace más fácilmente bajo alta presión y alta temperatura, el tipo de condiciones que existen en la zona de subducción debajo de los Andes, donde la corteza continental puede ser tancomo 50 millas de espesor, dijo Lee.
Tang podría nunca haber sospechado el granate si no fuera por una excursión de Lee y estudiantes al centro de Arizona en 2009 para buscar xenolitos.
"'Xeno' significa extranjero y 'lit' significa roca", dijo Lee. "Son mucho más viejos que los volcanes de donde vinieron. Estos volcanes arrancaron las rocas de 60 a 80 kilómetros de profundidad, y los xenolitos surgieron comopequeños fragmentos. Es difícil encontrar rocas como esta, pero cuando lo haces, te dan una ventana, una ventana directa, hacia las partes profundas del arco continental, la raíz ".
Erdman, entonces estudiante de doctorado en el laboratorio de Lee, realizó un análisis inicial de los xenolitos y estableció que se formaron en un entorno de arco continental y eran ricos en granate. Dos años más tarde, Graham Eldridge, estudiante de Rice, pasó un verano caracterizandoelementos de la tierra en los xenolitos y encontraron indicios de que contenían proporciones inusuales de europio.
El europio generalmente forma minerales que permiten que cada uno de sus átomos comparta tres electrones con los átomos cercanos, un "estado de oxidación" que los químicos señalan como Eu + 3. El europio también forma minerales en los que comparte dos electrones, y la notación para esto es menorEl estado oxidado es Eu + 2. En un entorno con abundante oxígeno, el europio se produce en su estado de oxidación más alto Eu + 3, pero a niveles más intermedios de oxígeno en el manto puede ocurrir tanto en Eu + 2 como en Eu + 3estados
Los estados de oxidación del Europio que Eldridge encontró en los xenolitos de Arizona sugirieron que se formaron en condiciones menos oxidadas de lo que se esperaría en el escenario de magnetita, pero no hubo suficientes datos para confirmar esta corazonada.
"Los arcos continentales suceden en zonas de subducción, donde una placa tectónica oceánica se desliza debajo de una placa continental", dijo Lee. "Cuando la placa oceánica se recicla nuevamente dentro del manto, se cree ampliamente que introduce mucho oxígeno en el manto. El escenario de magnetita para el agotamiento del hierro se basa en gran medida en la idea de que estas zonas de subducción están altamente oxidadas en profundidad ".
Tang se unió al grupo de Lee en 2016 y estaba intrigado por las proporciones de Europio en los xenolitos. Tang tenía una amplia experiencia en la caracterización de Europium como parte de sus estudios de doctorado en la Universidad de Maryland, y comenzó a realizar cientos de mediciones minuciosas para caracterizar con mayor precisiónRazones de europio en los xenolitos de Arizona.
La calidad de los datos de Tang no solo confirmó las proporciones de Europio de baja oxidación, sino que le permitió desarrollar una nueva hipótesis que unía todo: el granate, las proporciones de Europio y el hecho de que las costras continentales más gruesas están más empobrecidas que la isla más delgadacostras de arco.
"A medida que la columna de la corteza se vuelve cada vez más gruesa, como lo es en los arcos continentales, la temperatura y la presión son lo suficientemente grandes como para producir estos granates ricos en hierro, que son pesados y se hunden", dijo Tang.el hierro ferroso Fe + 2 no está altamente oxidado. Regresa al manto, y el hierro que queda en la masa fundida y entra en erupción para formar parte de la corteza continental se oxida aún más en su camino hacia la superficie ".
Para probar la hipótesis a escala global, Tang pasó varios meses examinando registros en la base de datos GEOROC del Instituto Max Planck, una colección global exhaustiva de análisis publicados de rocas volcánicas y xenolitos de manto recolectados en todo el mundo.
"Existe una relación entre el agotamiento de hierro y las firmas de fraccionamiento de granate, lo que significa que los magmas que fraccionan más granate están más agotados en hierro", dijo Tang. "Esto nace en el registro global, pero la evidencia es algo que noNo sea obvio mirar solo uno o dos casos. Es el tipo de cosa que requiere una base de datos global, y estos solo han estado disponibles recientemente ".
Lee dijo que el hallazgo tiene implicaciones importantes para la capacidad de la Tierra de mantener una atmósfera rica en oxígeno.
"La fotosíntesis produce oxígeno, pero lo principal que elimina el oxígeno de la circulación durante mucho tiempo es la oxidación con la corteza", dijo Lee. "Si lo que sale de los volcanes para formar los continentes ya está oxidado, entonces ganóno reaccione inmediatamente y agote el oxígeno en la atmósfera "
Después de enviar sus resultados para una publicación revisada por pares, Tang y Lee descubrieron que el renombrado petrólogo australiano Ted Ringwood y sus colegas habían implicado al granate en lugar de a la magnetita en algunos artículos publicados hace 50 años.
"Muchas de las personas en nuestro campo tienen un linaje científico que se remonta a Ringwood", dijo Lee. "Estoy seguro de que muchos de ellos pueden echar un vistazo y pensar que es una idea loca, pero teniendo en cuenta que su gran-bisabuelo, académicamente hablando, había especulado sobre esto, tal vez estamos en buena compañía "
La investigación fue apoyada por una subvención Frontiers of Earth Systems and Dynamics de la National Science Foundation.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Jade Boyd. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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