"اکسیژن اضافی" ذخیره شده در ماگمای اعماق زمین ممکن است به توضیح چگونگی غنی شدن جو زمین از اکسیژن کمک کند.
یک تیم تحقیقاتی دریافته است که سنگ مذاب می تواند اکسیژن بیشتری را نسبت به ترکیب شیمیایی که به نظر می رسد حمل کند. مطالعه آنها در National Science Review منتشر شده است.
ویرایش شده توسط Sadie Harley، بررسی توسط Robert Egan
این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:
یک تیم تحقیقاتی دریافته است که سنگ مذاب می تواند اکسیژن بیشتری را نسبت به ترکیب شیمیایی که به نظر می رسد حمل کند. مطالعه آنها در National Science Review منتشر شده است.
اکسیژن بیش از نیمی از اتم های درون سیلیکات زمین را تشکیل می دهد. زمین‌شناسان مدت‌ها تصور می‌کردند که مقدار اکسیژن در ماگما با مقادیر و حالت‌های بار سایر عناصر موجود، مانند سیلیکون، منیزیم و آهن، ثابت می‌شود. بر خلاف آب و دی اکسید کربن، اکسیژن به عنوان یک جزء فرار که بتواند در ماگما حل شود در نظر گرفته نشده است. با این حال، اینکه آیا ذوب سیلیکات خود می تواند اکسیژن را به عنوان یک جزء فرار مستقل ذخیره کند تا حد زیادی ناشناخته باقی مانده است.
تیم تحقیقاتی با استفاده از پرس های پیستونی-سیلندری و مکعبی، یک بازالت مصنوعی خط الراس میان اقیانوسی را در فشارهای 1 اتمسفر تا 7 گیگا پاسکال و دمای 1200 تا 1800 درجه سانتی گراد ذوب کردند. اکسید پلاتین (PtO2) برای ایجاد یک محیط غنی از اکسیژن اضافه شد.
محققان سپس ترکیب عنصری و محتوای آب و دی اکسید کربن شیشه خاموش شده را اندازه گیری کردند. پس از تفریق اکسیژن مورد نیاز برای تعادل سایر عناصر و اکسیژن موجود در آب و دی اکسید کربن، اکسیژن باقیمانده را به عنوان «اکسیژن اضافی» تعریف کردند.
آنها دریافتند که شیشه سیلیکات خاموش شده می تواند اکسیژن اضافی قابل توجهی را ذخیره کند و این مقدار با فشار افزایش می یابد: در 1 اتمسفر نزدیک به صفر است اما در 7 گیگا پاسکال به بیش از 5 درصد وزنی می رسد.
آزمایش‌های کنترلی در همان فشارها و دماها بدون افزودن PtO2 اجرا می‌شوند، تنها 0.2-0.5 وزنی به همراه داشتند. طیف‌سنجی رامان هیچ نشانه‌ای از گاز اکسیژن در شیشه را شناسایی نکرد، که نشان می‌دهد اکسیژن اضافی به‌جای اینکه به‌عنوان حباب به دام افتاده باشد، در ساختار شیشه‌ای گنجانده شده است. از آنجایی که ممکن است مقداری از اکسیژن با خاموش شدن نمونه ها خارج شده باشد، مقادیر اندازه گیری شده احتمالا حد پایین تری از آن چیزی است که مذاب می تواند ذخیره کند.
این مشاهدات توسط شبیه‌سازی‌های نظری به رهبری نیو پشتیبانی می‌شوند. محققان با استفاده از پتانسیل های بین اتمی شبکه عصبی عمیق (DNN) با دقت اولیه دریافتند که اکسیژن در مذاب حل می شود تا زمانی که به تعادل برسد. از آنجایی که شبیه‌سازی‌ها از یک سیستم منیزیم-سیلیکون-اکسیژن ساده شده استفاده می‌کردند، مقادیر کمتر از آزمایش‌ها هستند، اما همان افزایش فشار مشاهده شد.
شبیه‌سازی‌ها همچنین نشان دادند که وقتی مذاب از نظر اکسیژن غنی‌تر می‌شود، بارهای الکتریکی روی اتم‌های اکسیژن در محدوده وسیع‌تری پخش می‌شوند و بخش کوچکی از اتم‌های اکسیژن پیوندهایی شبیه پراکسید تشکیل می‌دهند.
افزایش محتوای اکسیژن با فشار شبیه این است که چگونه آب و دی اکسید کربن به راحتی در ماگما در فشار بالاتر حل می شوند، و نویسندگان پیشنهاد می کنند که اکسیژن باید جزء جداگانه ای از مذاب سیلیکات در نظر گرفته شود.
این یافته ها راه ممکنی را برای انتقال نیروی اکسید کننده از عمق زمین به سطح نشان می دهد. ماگمای تشکیل شده در مناطق گوشته اکسید شده می تواند اکسیژن اضافی قابل توجهی را حمل کند. با بالا رفتن ماگما و کاهش فشار، به تدریج این اکسیژن آزاد می شود. این می تواند گوشته کم عمق، پوسته و جو را اکسید کند.
این ایده ممکن است توضیح دهد که چرا افزایش‌های عمده در اکسیژن اتمسفر تقریبا 2.5 تا 2.0 میلیارد سال پیش با تشکیل برخی از بزرگترین استان‌های آذرین بزرگ (LIPs) همپوشانی دارند. یک تخمین تقریبی نشان می‌دهد که آزاد شدن تنها 0.27 درصد وزنی اکسیژن اضافی از ماگمای فوران شده در این دوره برای تامین تمام اکسیژن جو امروز کافی است.
این تحقیق دیدگاه جدیدی در ارزیابی تکامل اقیانوس ماگما، گاززدایی فرار، تکامل جو زمین و قابلیت سکونت طولانی مدت در سایر سیارات زمینی ارائه می دهد. این محققان توسط دکتر یانهائو لین و دکتر هو کوانگ مائو از مرکز تحقیقات پیشرفته علوم و فناوری فشار بالا (HPSTAR) به همراه پروفسور هایانگ نیو از دانشگاه پلی تکنیک نورث وسترن و ویم ون وسترنن از دانشگاه Vrije در آمستردام هدایت شدند.
Yongjiang Xu و همکاران، ماگما به عنوان حامل اکسیژن غیر استوکیومتری که فضای داخلی و جو زمین را به هم مرتبط می کند، بررسی ملی علوم (2026). DOI: 10.1093/nsr/nwag539
کارشناسی علوم زیستی و اکولوژی. پیشینه آزمایشگاه میکروبیولوژی با تجربه اخبار دارویی در صنایع نفت، گاز و تجدیدپذیر. نمایه کامل →
لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →
متن اصلی (انگلیسی)
'Excess oxygen' stored in deep Earth magma may help explain how Earth's atmosphere became oxygen-rich
A research team has found that molten rock can carry more oxygen than its chemical composition would seem to allow. Their study is published in National Science Review.