Novo parâmetro melhora a percepção da evolução dos estados redox do manto

A fugacidade do oxigênio (fO₂) do manto controla a especiação e a mobilidade dos voláteis dentro dele, influenciando a composição dos voláteis liberados durante a atividade magmática derivada do manto e, assim, regulando a composição da atmosfera.

Pesquisadores do Instituto de Oceanologia da Academia Chinesa de Ciências (IOCAS), juntamente com seus colaboradores, propuseram recentemente um novo parâmetro, “fugacidade potencial de oxigênio”, para comparar diretamente a fO₂ características de fundidos formados em diferentes profundidades.

Pesquisa atual sobre o fO₂ do manto concentra-se principalmente no estudo do fO₂ de derretimentos derivados do manto. No entanto, devido à crescente estabilidade do Fe³⁺ em granada com pressão, manto fO₂ diminui com a profundidade se a composição do manto permanecer inalterada. Portanto, o fO₂ diferenças em derretimentos originários de diferentes profundidades podem refletir variações na profundidade da origem do magma, que depende fortemente da temperatura do manto, em vez de diferenças inerentes no manto fO₂ (Fé³⁺/ΣRazão Fe).

O parâmetro proposto pelos pesquisadores é análogo à definição clássica de temperatura potencial e representa o fO₂ do manto a 1 GPa com a suposição de que não há fusão durante a descompressão.

O uso do parâmetro de fugacidade potencial de oxigênio permite a comparação direta dos estados redox de fontes do manto de diferentes profundidades, restringindo assim a evolução do estado redox do manto.

“Decifrar a evolução do estado redox do manto desde o Hadeano é crucial para entender questões científicas importantes, como o ciclo profundo do carbono, a evolução da composição atmosférica e as origens da vida”, disse o Dr. Zhang Fangyi, primeiro autor do estudo e também pesquisador do IOCAS.

O estudo foi publicado em Comunicações da Natureza em 10 de agosto.

Usando o parâmetro de fugacidade potencial de oxigênio que eles desenvolveram, os pesquisadores coletaram dados sobre basaltos normais derivados do manto ambiental e komatiitos e picritos derivados da pluma do manto globalmente desde 3,8 Ga para restringir a evolução do estado redox e da história térmica do manto.

Os resultados mostraram que o fO₂ de magmas arqueanos foi significativamente menor do que a de magmas pós-arqueanos. Enquanto isso, o fO₂ de magmas apresentou uma forte correlação negativa com a temperatura potencial do manto e a pressão de fusão.

“Isto indica que a alta temperatura potencial do manto arqueano, causando fusão parcial profunda e extensa, pode ter resultado na menor fO₂ de magmas arqueanos”, disse o Dr. Zhang Fangyi.

Após normalizar o fO₂ de todos os magmas derivados do manto para a fugacidade potencial de oxigênio, Zhang e seus colegas descobriram que o fO₂ tanto do manto ambiente quanto das fontes de pluma do manto (manto inferior) permaneceram constantes desde o Hadeano.

“As variações no fO₂ de magmas derivados do manto foram devidos a mudanças na profundidade e extensão do derretimento”, disse o professor associado Vincenzo Stagno, coautor do estudo e pesquisador da Universidade Sapienza de Roma.

Mudanças no fO₂ de magmas derivados do manto afetou a composição dos voláteis liberados e, portanto, influenciou a composição da atmosfera. Estudos anteriores sugeriram que o aumento do fO do manto₂ desde que o Arqueano promoveu um aumento do O atmosférico₂ níveis. No entanto, este estudo revela que o aumento de fO₂ de magmas derivados do manto foi de fato impulsionado por um resfriamento de longo prazo do manto, o que resultou na diminuição da profundidade de fusão e, portanto, impactou a composição atmosférica.

Este estudo integra de forma única o estado térmico e o estado redox do manto, bem como a evolução da composição da atmosfera, fornecendo assim “uma nova perspectiva para entender a história da coevolução do sistema multiesférico da Terra”, disse o Prof. Sun Weidong, autor correspondente do estudo.