Ученые исследуют, какой была атмосфера Земли четыре с половиной миллиарда лет назад, - пишет eurekalert.org.
Четыре с половиной миллиарда лет назад Землю было бы трудно узнать. Вместо лесов, гор и океанов, которые мы знаем сегодня, поверхность нашей планеты была полностью покрыта магмой - расплавленным скалистым материалом, который появляется при извержении вулканов. С этим согласны научные круги. Менее ясно то, какой была атмосфера в то время. Новые международные исследовательские усилия, возглавляемые Паоло Сосси - старшим научным сотрудником ETH Zurich и NCCR PlanetS, направлены на раскрытие некоторых загадок первозданной атмосферы Земли. Результаты были опубликованы сегодня в журнале Science Advances.
Изготовление магмы в лаборатории
«Четыре с половиной миллиарда лет назад магма постоянно обменивалась газами с вышележащей атмосферой, - начинает объяснять Сосси. - Воздух и магма влияли друг на друга. Так что вы можете узнать об одном из другого».
Чтобы узнать о первозданной атмосфере Земли, которая сильно отличалась от сегодняшней, исследователи создали свою собственную магму в лаборатории. Они сделали это, смешав порошок, который соответствовал составу расплавленной мантии Земли, и нагрев его. То, что звучит просто, требовало новейших технологических достижений, как отмечает Сосси: «Состав нашего мантийного порошка затруднял плавление - нам требовались очень высокие температуры - около 2000°C».
Для этого требовалась специальная печь, которая нагревалась лазером и внутри которой исследователи могли левитировать магму, позволяя потокам газовых смесей течь вокруг нее. Эти газовые смеси были вероятными кандидатами в первобытную атмосферу, которая, как и 4,5 миллиарда лет назад, влияла на магму. Таким образом, с каждой смесью газов, обтекающей образец, магма оказывалась немного разной.
«Ключевое отличие, которое мы искали, заключалось в том, как окисляется железо в магме», - объясняет Сосси. Если объяснять менее точными словами, то это происходит подобно образованию ржавчины. Когда железо встречается с кислородом, оно окисляется и превращается в то, что мы обычно называем ржавчиной. Таким образом, когда газовая смесь, которую ученые продували над своей магмой, содержала много кислорода, железо внутри магмы становилось более окисленным.
Этот уровень окисления железа в остывшей магме дал Сосси и его коллегам то, что они могли сравнить с природными породами, которые составляют сегодняшнюю мантию Земли - так называемыми перидотитами. Окисление железа в этих породах до сих пор находится под влиянием первозданной атмосферы, запечатленной в них. Таким образом, сравнение природных перидотитов и перидотитов из лаборатории дало ученым ключ к пониманию того, какая из их газовых смесей наиболее близка к первозданной атмосфере Земли.
Новый взгляд на зарождение жизни
«Мы обнаружили, что после охлаждения из состояния магмы молодая Земля имела атмосферу, которая была слегка окисленной, с углекислым газом в качестве основного компонента, а также азотом и небольшим количеством воды», - сообщает Сосси. Давление на поверхности также было намного выше, почти в сто раз больше, чем сегодня, а атмосфера была намного выше из-за горячей поверхности. Эти характеристики сделали ее более похожей на атмосферу сегодняшней Венеры, чем на сегодняшнюю Землю.
По словам Сосси и его коллег, из этого результата можно сделать два основных вывода: первый заключается в том, что Земля и Венера начинали с очень похожей атмосферой, но впоследствии последняя потеряла воду из-за более близкой близости к Солнцу и связанных с этим более высоких температур. Земля, однако, хранила воду, прежде всего в форме океанов. Они поглощали большую часть СО2 из воздуха, тем самым значительно снижая уровень СО2.
Второй вывод заключается в том, что популярная теория
возникновения жизни на Земле сейчас кажется гораздо менее
вероятной. Этот так называемый «эксперимент Миллера-Юри», в
котором удары молнии взаимодействуют с определенными газами (в
частности, с аммиаком и метаном) с образованием аминокислот -
строительных блоков жизни - было бы трудно реализовать.
Необходимых газов просто не хватало.
[Фото: ru.123rf.com/profile_cek23]
