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Low volcanic outgassing rates for a stagnant lid Archean earth with graphite-saturated magmas

Guimond, C.M. und Noack, L. und Ortenzi, G. und Sohl, F. (2021) Low volcanic outgassing rates for a stagnant lid Archean earth with graphite-saturated magmas. Physics of the Earth and Planetary Interiors, 320 (106788), Seite 106788. Elsevier. doi: 10.1016/j.pepi.2021.106788. ISSN 0031-9201.

[img] PDF - Nur DLR-intern zugänglich - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
3MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0031920121001461

Kurzfassung

Volcanic gases supplied a large part of Earth's early atmosphere, but constraints on the value of this flux are scarce. Here we model how C-O-H outgassing could have evolved through the late Hadean and early Archean, under the conditions that global plate tectonics had not yet initiated, all outgassing was subaerial, and graphite was the stable carbon phase in the melt source regions. The model fully couples numerical mantle convection, partitioning of volatiles into the melt, and chemical speciation in the gas phase. The mantle oxidation state (which may not have reached late Archean values in the Hadean) is the dominant control on individual species' outgassing rates because it affects both the carbon content of basaltic magmas and the speciation of degassed volatiles. Volcanic gas from mantles more reduced than the iron-wüstite mineral redox buffer would contain virtually no CO2 because (i) carbonate ions dissolve in magmas only in very limited amounts, and (ii) almost all degassed carbon takes the form of CO instead of CO2. For oxidised mantles near the quartz-fayalite-magnetite buffer, we predict median CO2 outgassing rates of less than approximately 5 Tmol yr-1, still lower than the outgassing rates used in many Archean climate studies. Relatively weak outgassing is due in part to the redox-limited CO2 contents of graphite-saturated melts, and also to a stagnant lid regime's inefficient replenishment of upper mantle volatiles. Our results point to certain chemical and geodynamic prerequisites for sustaining a clement climate with a volcanic greenhouse under the Faint Young Sun.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/146046/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Zusätzliche Informationen:Final manuscript version available at https://arxiv.org/abs/2108.13438
Titel:Low volcanic outgassing rates for a stagnant lid Archean earth with graphite-saturated magmas
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Guimond, C.M.Department of Earth Sciences, Bullard Laboratories, University of Cambridge, Madingley Rise, Cambridge CB3 0EZ, United KingdomNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Noack, L.Department of Earth Sciences, Freie Universitat Berlin, Malteserstraβe 74-100, 12249, Berlin, GermanyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Ortenzi, G.gianluigi.ortenzi (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Sohl, F.frank.sohl (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:November 2021
Erschienen in:Physics of the Earth and Planetary Interiors
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Nein
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:320
DOI:10.1016/j.pepi.2021.106788
Seitenbereich:Seite 106788
Verlag:Elsevier
ISSN:0031-9201
Status:veröffentlicht
Stichwörter:outgassing, secondary atmospheres, mantle redox, early earth, planetary dynamics, mantle convection, numerical modelling
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Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung > Planetenphysik
Hinterlegt von: Sohl, Dr. Frank
Hinterlegt am:23 Nov 2021 15:04
Letzte Änderung:24 Nov 2021 14:02

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