В течение многих лет ученые считали, что изменения в недрах Земли, такие как извержения вулканов и столкновения тектонических плит, в первую очередь влияют на поверхностную среду. Такие события, как массовое вымирание около 66 миллионов лет назад и переходы между ледниковым и парниковым климатом, считались в основном обусловленными этими глубинными процессами на Земле. Однако новое исследование, опубликованное в Nature Communications, выявило удивительный новый аспект: солнечное излучение также может влиять на глубокие недра Земли.
Солнечное излучение меняется в зависимости от широты, создавая температурные градиенты на поверхности моря, которые влияют на распределение морской жизни. Эти богатые углеродом организмы переносятся в недра Земли путем субдукции океанических плит. Исследователи из Института геологии и геофизики Китайской академии наук обнаружили, что этот процесс существенно влияет на окислительно-восстановительное состояние дуговой магмы.
«Окислительно-восстановительное» состояние дуговой магмы относится к балансу между восстановительными (потеря кислорода или получение электронов) и окислительными (получение кислорода или потеря электронов) условиями в магме, образованной в вулканических дугах. Морские организмы служат органическим углеродом и выступают в качестве основного восстановителя для твердой Земли. Следовательно, окислительно-восстановительное состояние дуговой магмы может отражать то, как влияние Солнца проникает глубоко в Землю.
Тысячи образцов магмы были собраны для выявления глобальных изменений окислительно-восстановительного состояния, которые имеют решающее значение для нацеливания на металлические руды, такие как медь, олово и литий, ключевые элементы для технологий возобновляемой энергии. Эти образцы предоставили замечательные знания о взаимодействии между поверхностным климатом и глубинными процессами Земли.
Уровни ванадия и скандия в дуговой магме служили ключевыми индикаторами в геохимических моделях. Собирая глобальные геохимические данные из кайнозойской дуговой магмы и расплавных включений, содержащих оливин, исследователи обнаружили зависящее от широты окислительно-восстановительное распределение дуговой магмы с менее окисленной магмой в более низких широтах по сравнению с магмой в более высоких широтах.
«Предыдущие исследования в основном сравнивали образцы из одних и тех же долготных регионов, таких как США в северном полушарии и Мексика в тропической зоне, не обнаруживая существенных различий. Однако наши образцы из разных широт показали разные окислительно-восстановительные реакции, что возбудило наше любопытство. Попытки объяснить эти различия привели нас к открытию этой неожиданной закономерности», — сказал соавтор исследования Ван Бо.
«Эта неожиданная закономерность предполагает, что поверхностный климат оказывает непосредственное влияние на глубины Земли. Это также предполагает, что поверхностная среда и климат Земли оказывают существенное влияние на глубины Земли», — заявили ученые.
Дальнейшие доказательства были получены в результате исследований морского дна, которые показали более восстановленные отложения углерода в более низких широтах. Этот углерод взаимодействует с серой, образуя сульфид, который затем переносится в мантию, способствуя наблюдаемой окислительно-восстановительной модели.
«Наблюдаемая закономерность свидетельствует о тесной связи между поверхностной средой и окислительно -восстановительным состоянием недр Земли, что открывает новые направления для изучения ресурсов и воздействия на окружающую среду систем субдукции на разных широтах», — сказал Ху Фанъян, один из авторов исследования.
Хотя результаты убедительны, исследователи признают необходимость более обширных данных по глобальным морским и субдуцированным отложениям. Работа открывает новые пути для научных исследований.
