Атмосфера ранней Земли содержала в 1000 раз больше углекислого газа, чем сейчас

Очень редко Землю бомбардируют крупные метеориты. Но каждый день нашу планету забрасывает космическая пыль, микрометеориты, которые собираются на поверхности Земли.

Команда Вашингтонского университета изучила очень старые образцы этих маленьких метеоритов, чтобы выяснить, как они могли взаимодействовать с углекислым газом на их пути к Земле. Предыдущие работы предполагали, что метеориты столкивались с кислородом, что противоречит теории того, что ранняя атмосфера Земли была практически лишена кислорода. Новое исследование было опубликовано на этой неделе в открытом доступе в журнале Science Advances.

“Наш вывод о том, что атмосфера, с которой столкнулись эти микрометеориты, была с высоким содержанием двуокиси углерода, согласуется с тем, как атмосфера, выглядела на ранней Земле”, - сказал первый автор Оуэн Лемер, докторант UW по земным и космическим наукам.

Возраст этих древнейших известных микрометеоритов составляет 2,7 миллиарда лет. Они были собраны в известняке в районе Пилбара в Западной Австралии и упали во время архейского эона, когда Солнце было слабее, чем сегодня. 

Эта интерпретация противоречила бы современным представлениям о первых днях существования нашей планеты, согласно которым кислород поднялся во время “Великого окислительного события”, произошедшего почти полмиллиарда лет спустя.

Знание условий на ранней Земле важно не только для понимания истории нашей планеты и условий возникновения жизни. Оно также может помочь в поиске жизни на других планетах.

"Жизнь сформировалась более 3,8 миллиарда лет назад, и как она сформировалась - это большой, открытый вопрос. Один из самых важных аспектов — это то, из чего состояла атмосфера, что было доступно и на что был похож климат”, - сказал Лемер.

Новое исследование позволяет по-новому взглянуть на интерпретацию того, как эти микрометеориты взаимодействовали с атмосферой 2,7 миллиарда лет назад. Крупинки песка неслись к Земле со скоростью до 20 километров в секунду. Для атмосферы такой же толщины, как сегодня, металлические шарики расплавились бы на высоте около 80 километров, а расплавленный внешний слой железа затем окислялся бы при воздействии атмосферы. Через несколько секунд микрометеориты снова затвердеют до конца падения. В этом случае образцы останутся нетронутыми, особенно если они будут защищены слоями осадочной известняковой породы.

В предыдущей статье окисление на поверхности трактовалось как признак того, что расплавленное железо столкнулось с молекулярным кислородом. Новое исследование использует моделирование, чтобы выяснить, мог ли углекислый газ обеспечить получение того же результата. Компьютерное моделирование показало, что атмосфера, состоящая из 6% до более чем 70% углекислого газа, могла бы произвести эффект, наблюдаемый в образцах.

"Количество окисления в древних микрометеоритах говорит о том, что ранняя атмосфера была очень богата углекислым газом”, - добавляет соавтор Дэвид Кэтлинг, профессор UW наук о Земле и космосе.

Для сравнения, концентрация углекислого газа сегодня растет и в настоящее время составляет около 415 частей на миллион, или 0,0415% от состава атмосферы.

Высокие уровни углекислого газа, парникового газа, поглощающего тепло, будут противодействовать более слабому выходу Солнца в архейскую эру. Зная точную концентрацию углекислого газа в атмосфере, можно было бы точно определить температуру воздуха и кислотность океанов в это время.

Более древние образцы микрометеоритов могли бы помочь сузить диапазон возможных концентраций диоксида углерода, пишут авторы. Метеориты, которые падали в другое время, также могли помочь проследить историю земной атмосферы во времени.

"Потому что эти богатые железом микрометеориты могут окисляться, когда они подвергаются воздействию углекислого газа или кислорода, и учитывая, что эти крошечные метеориты, по-видимому, сохраняются на протяжении всей истории Земли, они могут стать очень интересным источником исследования атмосферного состава в далеком прошлом”, - поясняет Лемер.