摘要
人们普遍认为，地球早期大气的含氧量不到现在大气含氧量的0.001% (O2)水平，直到大氧化事件导致O2大约24亿年前1．有很多证据表明低O值2但之前所有的观测都与低层大气的组成有关2太古代;到目前为止，还没有开发出对太古代上层大气进行取样的方法。我们从石灰岩沉积岩中提取了微陨石化石，这些化石在27亿年前慢慢积累起来，然后被保存在澳大利亚的皮尔巴拉地区。我们认为，这些微陨石是在沙粒大小的颗粒进入地球大气层并在大约75至90公里的高度融化时形成的(假设大气密度与今天类似)3.)．在这里，我们展示了由此产生的宇宙小球体中的FeNi金属在熔化时被氧化，淬火结晶形成主要由磁铁矿(Fe)组成的互锁树枝状晶体球体3.O4)，其中wüstite (FeO)+金属保存在少数粒子中。我们的大气微陨石氧化模型表明，太古代上层大气的氧浓度可能与当今地球的氧浓度接近，并且氧与一氧化碳的比例足够高，从而防止了一氧化碳氧化的明显抑制。反常硫同位素(Δ33S)黄铁矿(FeS2)在这一时期的海底沉积物中，这需要缺氧的表面环境4，意味着在太古代，上层和下层大气之间可能有最小程度的混合。
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确认
我们分别感谢N. Wilson和A. Langendam在电子显微探针和电子显微镜方面的协助。作者承认莫纳什电子显微镜中心和CSIRO微束实验室的使用。这项研究的一部分是在澳大利亚维多利亚的澳大利亚同步加速器的粉末衍射光束线上进行的。M.G.确认STFC授权号ST/J001260/1。
作者信息
作者及隶属关系
贡献
A.G.T.构思了项目，进行了实地调查和EMP分析，并撰写了论文。L.B.进行了实地考察、微陨石分离和扫描电镜分析。M.G.生成了微陨石氧化模型。S.A.W.建议微陨石分离，进行拉曼光谱和解释同步加速器结果。h.e.a.b进行了同步加速器分析。J.L.W.模拟了不同大气压在平衡状态下的氧化条件。所有作者在提交前都对论文进行了审阅。
相应的作者
道德声明
相互竞争的利益
作者声明没有相互竞争的经济利益。
扩展的数据图形和表格
扩展数据图1显示采样地点背景的地质图(红星)，以及研究中使用的样本示例。
照片中的样品一个而且b显示在这个单元的某些层中发生的精细叠片的例子。在一个，沿着裂缝的浅黄色区域突出了现代氧化风化的例子，而样本其余部分的灰色表明它没有风化，允许微陨石存活。在微陨石分离之前，用金刚石锯去除风化岩石。地质图(上)由西澳大利亚矿产和石油部地质调查局提供。西澳大利亚版权州，2016年。
扩展数据图2从南极冰盖收集的现代铁型微陨石实例。
一个，b，二次电子图像显示典型的外部形态。c，d，另外两颗微陨石抛光截面的后向散射电子(BSE)图像，突出了内部矿物学变化。e， BSE图像显示了一个部分风化的现代微陨石的横截面，其中金属(由虚线勾勒)在到达表面后已被铁氧化物和铁氧氢氧化物所取代;膨胀导致了周围wüstite和磁铁矿的开裂，如果继续下去，将会破坏微陨石。注意wüstite和磁铁矿不受风化作用的影响。所有成像均由mg
扩展数据图4两张同步加速器粉末x射线衍射图，每张图采集自单个微陨石，以及磁铁矿峰的参考位置。
并非磁铁矿的所有主要布拉格峰都被检测到，由于粒度统计不准确，观测到峰的相对强度与预期的偏差(PDF 01-071-8338参考国际衍射数据中心数据库的粉末衍射文件;http://www.icdd.com/)．
图6低碳钢在不同气体组合下的氧化实验结果
这些是在1100°C和大气压(1巴)下进行的实验结果;气体混合在曲线上，剩余气体为N2．氧化是通过随时间推移的体重增加来测量的。可存活的微陨石进入条件为400 ~ 2800℃，动态压块压力为0.001 ~ 0.02 bar，持续时间<2 s。温度越高，有效氧化越强，压力越低，有效氧化越弱。这个数字是由参考文献中的数字1和8合并而成的。24，施普林格授权，许可号3850591244373。
扩展数据图7大气进入模拟结果。
一个- - - - - -c，以度为单位的进入角与以μm为单位的微陨石初始半径图。一个i型球粒(曲线上的数字以°C为单位)在12 km s进入大气层时达到的峰值温度−1．注意，较大的颗粒垂直进入大气时，加热更大。金属微流星体的高密度导致其峰值温度高于硅酸盐为主的颗粒。b， i型球体达到最高温度的高度(曲线上的数字，单位为km)，进入速度为12 km s−1．具有较高进入速度的颗粒具有相似的峰值高度，因为蒸发造成的质量损失导致减速增加。c， i型粒子在进入速度为12 km s时减速后的最终半径(曲线上的数字，单位为μm)−1(黑色)和18公里−1(灰色)。较大的质量损失发生在较高的进入速度，进入角度和颗粒大小。质量损失发生在外部氧化物熔体的表面蒸发。
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汤姆金斯，A，鲍尔特，L，根吉，M。et al。古代微陨石，暗示了太古宙的富氧上层大气。自然533， 235-238(2016)。https://doi.org/10.1038/nature17678
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DOI：https://doi.org/10.1038/nature17678
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印度洋中印度洋岭热液巫山石-磁铁矿小球体的回收
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