研究人员模拟了早期岩浆海洋中普遍存在的过程

与其他已知行星的大气相比，大约20亿年前地球大气层含有大量氧气的原因长期以来一直是个谜。拜罗伊特大学巴伐利亚实验地球化学与地球物理研究所(BGI)的研究人员最近使用高压实验来证实迄今为止未经证实的怀疑：在早期的地质历史中，岩浆海洋中的高压引发了导致地球上层的过程。地幔变得高度氧化。这随后导致富氧化合物如二氧化碳和水蒸气从地幔逸出到大气中。科学家们在“科学”杂志上发表了他们的发现。

一段时间以来，人们就知道在地球形成期间，许多较小的天体 - 所谓的行星胚胎和小行星 - 在其表面上受到影响。在这个过程中释放出大量的能量，融化了大量的岩石。地球的地幔中形成了巨大的岩浆海洋，深度达到2,500公里，含有氧化铁Fe2+(“亚铁”)。拜罗伊特科学家模拟了在一系列高压下对岩浆海洋中Fe2+起作用的压力实验。为此，BGI​​的实验室产生了超过20千兆帕斯卡的压力。“这相当于将埃菲尔铁塔的整个质量放在一个像高尔夫球大小的物体上，”该研究的第一作者凯瑟琳阿姆斯特朗说，她从拜罗伊特大学获得博士学位，现在在大学工作。加州戴维斯。

在许多实验运行中，含Fe2+的岩石暴露在相似大小的极高压力下。事实证明，Fe2+在这些条件下不能保持稳定：在实验结束时，运行产品含有一小部分非氧化铁Fe0(“金属铁”)，而不是Fe2+。另一方面，手和大部分更强氧化的铁Fe3+(“三价铁”)。在达到的最高压力下，样品中含有的铁的96%是Fe3+。

这些结果首次在实验上证实了这一假设，即在早期地质历史中，在地球冷却后，形成了大量的Fe3+，这些Fe3+保留在上地幔中。同时，由于其高密度，在岩浆海洋中形成的非氧化铁很快沉入地球的核心。结果，地球的上地幔处于相对强烈的氧化状态。在地球表面不远处，形成了各种物理化学条件，在数十亿年的过程中，大量的富氧化合物被释放到地球大气中，特别是二氧化碳和水蒸气，而不是还原的化合物甲烷和氢气。

“在我们的新研究中，我们并没有声称与其他行星相比，地球大气中的高氧含量仅仅是由于铁的高压变化。但有一点似乎很清楚：这些过程发挥了重要作用在地球被富氧气氛所包围，“巴伐利亚实验地球化学与地球物理研究所的Catherine McCammon博士说，他密切参与了这项研究。

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