Pequenas inclusões minerais retratam pela primeira vez o oxigênio acumulado na atmosfera e alterando a composição do manto. Crédito: Hugo Moreira/Nature Geoscience
Usando técnicas síncrotron, os cientistas revelaram informações importantes sobre o Grande Evento de Oxidação ao estudar inclusões de apatita em cristais de zircão de magmas antigos com o ESRF – Fonte Extremamente Brilhante.
Há cerca de 2,4 mil milhões de anos, ocorreu um momento crucial na história da Terra: O Grande Evento de Oxidação. Durante este período, uma quantidade significativa de oxigênio acumulou-se na atmosfera. Este aumento na produção de oxigénio levou a uma mudança dramática na composição da atmosfera, alterando a química do planeta. O evento marcou um ponto de viragem à medida que os níveis de oxigénio aumentaram, permitindo o desenvolvimento de formas de vida multicelulares mais complexas e remodelando fundamentalmente os ecossistemas da Terra.
Papel das Placas Tectônicas na Química da Terra
As placas tectônicas são um mecanismo eficaz para o ciclo e o intercâmbio de elementos entre a superfície, a atmosfera e o manto da Terra. À medida que as montanhas sofrem intemperismo e erosão através de interações com a água e a atmosfera, elas se decompõem em sedimentos. Esses sedimentos são então parcialmente devolvidos ao manto através de processos de subducção (uma placa tectônica afundando sob a outra). A formação de magmas no manto acima das zonas de subducção proporciona uma oportunidade única para explorar como a atmosfera poderia ter impactado o manto ao assimilar materiais de sedimentos subduccionados, oferecendo insights sobre esta intrigante relação geológica.
Especiação de enxofre em inclusões de apatita em zircão adquirida na linha de luz ID21 do ESRF. O espectro do enxofre mudou de reduzido (S2-) para oxidado (S6+) do pré para o pós-Grande Evento de Oxidação. Os autores argumentam que sedimentos alterados atmosfericamente infiltraram-se no manto e alteraram o estado redox dos magmas. Crédito: Hugo Moreira/Nature Geoscience
Métodos inovadores para estudar interações geológicas
Os cientistas há muito tentam estudar a interação entre a atmosfera e o manto da Terra. A missão já é complicada de ser cumprida na Terra moderna, e ainda mais na Terra primitiva, quando a atmosfera e as placas tectônicas mudavam em ritmo acelerado. Uma equipe liderada pela Universidade de Montpellier e Universidade de Portsmouth associou-se ao ESRF – The European Synchrotron – e encontrou uma maneira de superar obstáculos estudando inclusões de apatita em zircão de zonas de subducção.
“Em 2017, um artigo sobre o mineral apatita revelou que quando cresce em condições reduzidas, o que significa que há pouco ou nenhum oxigênio livre para reações químicas, seu enxofre apresentaria uma assinatura muito específica. No entanto, se cristalizasse em condições oxidadas, o enxofre dentro da apatita teria uma aparência muito diferente. Isto significa que a apatita é um proxy para condições redox”, explica Hugo Moreira, pesquisador de pós-doutorado do CNRS na Universidade de Montpellier e primeiro autor do artigo.
Moreira e colegas decidiram explorar inclusões de apatita mineral fosfato em grãos de zircão que são cristalizados em magmas formados em uma antiga zona de subducção, e mediram sua especiação de valência de enxofre usando absorção de raios X perto da estrutura de borda (XANES) no ESRF, o mais brilhante fonte de luz síncrotron.
Vista aérea do ESRf, o síncrotron europeu. Usando técnicas síncrotron, os cientistas revelaram informações importantes sobre o Grande Evento de Oxidação ao estudar inclusões de apatita em cristais de zircão de magmas antigos com o ESRF – Fonte Extremamente Brilhante. Os resultados são publicados em Geociências da Natureza. Crédito: ESRF/Stef Candé
Principais descobertas e implicações
A incorporação e especiação de enxofre na apatita é intrinsecamente dependente da fugacidade de oxigênio do magma e, portanto, ideal para avaliar o estado de oxidação durante a evolução de sistemas magmáticos. “Usar inclusões de apatita em zircões em vez de apatita da matriz rochosa foi fundamental, pois as inclusões foram blindadas pelos cristais de zircão extremamente robustos, preservando sua composição original”, explica Moreira.
Os resultados do experimento mostram que as inclusões de apatita em zircões de magmas que cristalizaram antes do Grande Evento de Oxidação têm um estado redox de enxofre relativamente reduzido, enquanto após o Grande Evento de Oxidação, elas são mais oxidadas. A análise do zircão mostra que estes magmas partilhavam uma fonte semelhante e que as amostras mais jovens incorporaram uma componente sedimentar. No geral, a implicação clara é que os sedimentos afetados por uma atmosfera cada vez mais oxidada modificaram o manto e deslocaram a fugacidade dos magmas para condições mais oxidadas.
Direções de pesquisas futuras
“Nosso estudo mostra que investigar inclusões de apatita em zircão usando raios X síncrotron é uma ferramenta poderosa para restringir um parâmetro crítico do magma”, conclui Moreira.
O próximo passo da equipe é estudar outros magmas que se cristalizaram em períodos-chave da história da Terra, como o Evento de Oxidação Neoproterozóico (começando há 850 milhões de anos) e quando os primeiros sinais de oxigênio surgiram no período Arqueano.
