WYKŁAD V - 16.11.2010

1. Skład atmosfery - wyróżnia się 3 rodzaje atmosfery:

1. Pierwotna atmosfera: hel, wodór, argon, CO₂, azot, metan, amoniak; dominacja gazów słonecznych, pierwotna atmosfera nie mogła się długo utrzymać, ponieważ gazy były lekkie i uciekały w przestrzeń kosmiczną;
   4,6 - 4,2 Ga

2. Druga atmosfera: para wodna, CO₂, azot, metan, amoniak; 4,2 - 2,2 Ga

3. Trzecia atmosfera (obecna): azot, tlen, CO₂ i gazy szlachetne

2. Skład obecnej atmosfery:

1. N₂ - nie bierze udziału w żadnych istotnych reakcjach z minerałami, podobnie jak Ar, Ne, Kr i Xe

2. Obieg O₂, CO₂, CH₄, H₂, C₂O i CO zależny jest od czynników biologicznych

3. Źródła H₂S/SO₂, NH₃, NO/NO₃ - mają charakter mikrobiologiczny

4. Cykle H₂O, O₃, He i Rn - zależą głównie od procesów fizyko-chemicznych

3. Atmosfera druga:

1. Warunkiem istnienia atmosfery NH₃-CH₄ jest obecność stałego źródła H₂, potrzebna do odnawiania NH₃ i CH₄

2. Amoniak jest nietrwały w promieniowaniu UV

3. Metan w wysokiej temperaturze ulega przemianie na wodę i CO₂

4. Dane o izotopach węgla wskazują, że w prymitywnej atmosferze istniała całkowita przewaga CO₂

5. Przy braku źródła H₂ silnie redukcyjna atmosfera z dużą ilością CH₄ i NH₃ ulegałaby szybkiej degradacji, a dominującą rolę objęłyby CO₂, N₂ i CO

6. Wskutek ubytku NH₃ para wodna traci ochronę przed fotodysocjacją

7. Rozkład H₂O i uwalnianie O₂ powoduje dalszą przemianę CH₄ na CO₂ i CO

4. Dowody wskazujące na redukcyjny charakter drugiej atmosfery:

1. Detrytyczny uraninit i piryt:

UO₂ i FeS₂ - zlepieńce starsze niż 2,1 - 2,3 Ga. UO₂ powinien przeobrazić się w U₃O₈ i inne tlenki, gdyby w atmosferze występował He

2. Wysoki stosunek FeO/Fe₂O₃:

Produkty wietrzenia i cementy wskazują na przewagę Fe²⁺ nad Fe³⁺; udział Fe2+ wzrasta w coraz starszych skałach osadowych

3. Wysoki stosunek greenalit/glaukonit:

Glaukonit rzadki jest w skałach starszych niż 1,0 Ga, najczęściej wskazuje stosunek Fe²⁺/Fe³⁺ jak 1 do 7. Greenalit - skały przedfanerozoiczne, będące najczęstszym krzemianem żelaza w żelazistej formacji Gunfit - 2,0 Ga.

4. Wysoki stosunek Mn/Fe - wysoka proporcja w prekambryjskich formacjach żelazistych

5. Niski stopień utlenienia europu i ceru - Eu²⁺ - skały osadowe chemiczne archaiku i proterozoiku, w młodszych osadach znacznie uboższy

6. Brak heterocyst u sinic - wiążą azot w warunkach beztlenowych, redukcja azotu do amoniaku przy pomocy nitrogenazy. Tlen hamuje działanie nitrogenazy. Heterocysty nie prowadzą równolegle procesu fotosyntezy (2 Ga temu - pojawienie się heterocyst - wobec czego wtedy musiała się rozpocząć atmosfera tlenowa).

5. Atmosfera tlenowa - 2,0 Ga. Źródła tlenu:

1. Fotodysocjacja wody - H₂O pod wpływem promieni UV rozpada się na ½ H₂
   i O^2-; na każde 10⁶ moli O₂ z fotosyntezy przypada 1 mol z fotodysocjacji. Samoograniczane tempa fotodysocjacji - wzrost ilości O₂ zwiększa absorpcję UV i zmniejsza fotodysocjację.

2. Redukcja krzemianów - oddziaływanie silnie redukcyjnych gazów na krzemiany lub węglany pochodzenia magmowego.

3. Fotosynteza: CO₂ + H₂O O₂ + H₂O + CH₂O; wytwarzanie tlenu tą drogą wymaga istnienia molekularnego O2 w środowisku. Stromatolity reprezentujące fotosyntezę glonową znane są od 2,8-2,7 Ga temu (kompleks Bulawayo). 3,0 Ga - Pongola. 3,5 Ga - Pilbara.

Tlen dostał się do atmosfery dopiero po wysyceniu wody i środowiska wodnego tlenem, musiał zatem powstać już wcześniej.

6. Atmosfera tlenowa:

1. Powszechne występowanie BIF

2. Ostatnie występowanie skał okruchowych z uraninitem

3. Pierwsze heterocysty

4. Występowanie czerwonych osadów lądowych

5. Powszechne występowanie glaukonitu

6. Przewaga Fe³⁺ nad Fe²⁺ 2,0 Ga

7. Geneza oceanów:

1. Ocean wywodzi się z wnętrza Ziemi

2. 3 sposoby wzbogacania w wodę - czyli jak powstało 1,37 x 10⁹ km³ wody oceanicznej - KONCEPCJE:

1. A - woda pojawiła się w 1 Ga od powstania Ziemi w prawie tak dużej ilości, jak jest obecnie - UWAŻA SIĘ ZA SŁUSZNĄ

2. B - woda tworzy się nieustannie - wciąż jej przybywa

3. Woda pojawiła się później, na początku fanerozoiku

3. obecnie powstaje nowa woda - juwenilna - charakterystyczny skład wskazuje na to, że nie jest to woda uczestnicząca w obiegu ogólnym

8. Proces powstania wody proces stopniowego odgazowania wnętrza Ziemi:

1. wzbogacenie wody oceanicznej w ³He względem atmosferycznych proporcji ³He/⁴He. Nadmiar ³He jest spowodowany uchodzeniem do wody pozostałości pierwotnego ³He:

³He - strefy ryftowe

²⁰Ne - wskaźnik neonu pierwotnego, wzbogacone nim wody w ekshalacjach wulkanicznych, grzbietach oceanicznych

¹²⁹Xe - produkt rozpadu nieistniejącego na Ziemi ¹²⁹I

9. Przesłanki, c.d.

1. Wzbogacenie bazaltów morskich, które uległy serpentynizacji i u. morskiej w bor - mimo, że jest odprowadzany przez minerały ilaste, w wodzie morskiej jest go 4 ppm, a w słodkiej 0,01 ppm

2. Obecność tzw. słonecznych pierwiastków w wodach juwenilnych (Ne, Ar, Kr, He, H, Te) wskazują, że obecna atmosfera jest ...

10. Woda wydobywająca się na powierzchnię Ziemi przez odgazowywanie jej wnętrza pochodzi ze źródeł:

1. Bazaltów lądowych - 0,5% objętości

1 km³ - objętość tworzących się rocznie bazaltów - wulkanizm

0,005 x 10⁹ km³ wody przez miliard lat

0,0175 x 10⁹ km³ w ciągu 3,5 Ga

2. bazaltów oceanicznych

200 Ma - najstarsze dna oceaniczne

287,3 x 10⁶ km² - powierzchnia den oceanicznych

10 km - grubość skorupy oceanicznej

Co 1 Ga zachodzi pięciokrotne odnowienie podłoża dając łącznie
14,365 x 10⁹ km³ bazaltu 0,5% tej objętości daje 0,071 x 10⁹ km³ wody co miliard lat, a 0,25 x 10⁹ km³ przez ostatnie 3,5 Ga

1,4 x 10⁹ km³

0,25 x 10⁹ + 0,0175 x 10⁹ = 0,2675 x 10⁹ km³

11. Dowody na wczesne katastroficzne odgazowanie:

1. Inkluzje w berylach - ⁴⁰Ar i ³He w berylach młodszych od 1 Ga są o rząd wielkości niższe niż w starszych od 2,5 Ga

2. Wartości ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr w archaicznych węglanach są podobne do wartości w płaszczu (~ 0,703), w skałach młodszych proporcje te wynoszą ~ 0,720

3. Większy udział ⁴⁰Ar niż ³⁶Ar lub ³⁸Ar w obecnej atmosferze - nadmiar ⁴⁰Ar w skałach prekambryjskich ultrazasadowych wynika z ich nagłego odgazowania

12. Wielkie bombardowanie:

1. Wczesny Układ Słoneczny ulegał częstym kolizjom z kometami, meteorytami

2. Ostatnie takie wydarzenie miało miejsce 4,1 Ga

13. Nagłe odgazowanie skutkowałoby raptownym osiągnięciem równowagi chemicznej na poziomie obserwowanym obecnie.

60% skorupy kontynentalnej powstało w archaiku.

Objętość oceanu znajdowała się w stanie równowagi przez ostatnie 2,5 Ga.

Objętość skorupy kontynentalnej i oceanicznej wzrosły gwałtownie w archaiku.

Gwałtowne odgazowanie mogło być spowodowane bombardowaniem gdzie przetopiona została skorupa ziemska, która została odgazowana.

---