Эксперимент показал: магма может переносить кислород из недр Земли в атмосферу

Магма под высоким давлением способна растворять в себе кислород в количестве более 5% от собственной массы. Это показали лабораторные эксперименты учёных. Результаты позволяют предположить, что извержения могли влиять на рост содержания кислорода в атмосфере Земли в период Великого окисления.

Исследователи расплавляли породу, помещали её в среду, насыщенную кислородом, и измеряли, сколько избыточного газа поглощает расплав. Опыты проходили при разном давлении, в том числе при 7 ГПа (гигапаскалей). Это примерно 70 тысяч атмосфер, что соответствует глубине около 200 км. После быстрого охлаждения расплав превращался в вулканическое стекло, которое сохраняло свойства исходной магмы.

При нормальном давлении избыточного кислорода в образцах почти не было. При 7 ГПа его доля превысила 5% массы. В контрольных опытах без дополнительного оксида платины этот показатель составлял 0,2-0,5%. Рамановская спектроскопия (метод, определяющий структуру вещества по рассеянию света) не выявила пузырьков газообразного O₂. Значит, кислород встроился в структуру стекла, а не скопился в порах.

Компьютерное моделирование на основе нейросетей, по точности близких к квантово-механическим расчётам, показало, что с ростом давления способность расплава растворять кислород увеличивается до наступления равновесия. В модельном магниево-силикатном расплаве часть атомов кислорода получала нестандартный заряд и образовывала связи «кислород — кислород», похожие на пероксидные. Это один из возможных механизмов, который позволяет магме удерживать «лишний» O₂.

Получается, что кислород ведёт себя как летучие компоненты магмы, например вода и CO₂. При подъёме к поверхности давление падает, и магма высвобождает избыток газа.

Великое окисление произошло 2,5-2 млрд лет назад. Тогда же формировались крупные игнимбритовые провинции (области, покрытые отложениями раскалённых пепловых потоков) и трапповые провинции (обширные покровы базальтовых лав). По оценке авторов, если бы излившаяся тогда магма отдала лишь 0,27% своей массы в виде кислорода, выделилось бы количество газа, сопоставимое с современным запасом O₂ в атмосфере. Это теоретический расчёт, а не доказанный сценарий. Если дальнейшие исследования подтвердят выводы, придётся пересмотреть представления об эволюции атмосферы Земли и о магматизме на других каменистых планетах.