Окислившиеся микрометеориты указали на насыщенную углекислым газом атмосферу в архее Нажмите "Enter", чтобы перейти к контенту

Окислившиеся микрометеориты указали на насыщенную углекислым газом атмосферу в архее

Ученые промоделировали
химический состав найденных в известняке возрастом 2,7 миллиарда лет
микрометеоритов. Полученные результаты указывают на крайне высокое (более 70
процентов по объему) содержание углекислого газа в атмосфере того времени. Газовая
оболочка с такими свойствами может объяснить высокую температуру на Земле в
позднем архее, несмотря на то, что Солнце в то время должно было быть существенно тусклее, пишут авторы в журнале Science Advances.

Состав атмосферы Земли
претерпевал значительные изменения на протяжении существования планеты. В
ранние периоды в газовой оболочке практически отсутствовал необходимый для
дыхания кислород, так как это вещество химически очень активно.

Одним из ключевых событий
в эволюции Земли является кислородная катастрофа, произошедшая около 2,45
миллиарда лет назад. В это время в воздухе начал появляться чистый кислород,
что связывают с деятельностью фотосинтезирующих организмов. Этот этап настолько
сильно повлиял как на биосферу, так и на геологию земной коры, что он разделяет
древнейший период истории планеты, архей, от последующей истории.

Концентрация углекислого
газа в архее известна плохо. Существуют отдельные оценки, основанные на разных
методах которые дают значения от 3 × 10-3 до 0,75 бар, то есть отличаются
примерно на три порядка. Вопрос о составе древней атмосферы важен в контексте
климата ранней Земли и условий существования первичной жизни. С одной стороны,
настолько давно в прошлом Солнце было на 20–30 процентов тусклее, но с другой — на планете однозначно присутствовала жидкая вода, а по некоторым данным ее
характерная температура достигала 70 градусов Цельсия.

Американские ученые при
участии Оуэна Лемера (Owen Lehmer) из Вашингтонского университета оценили
раннее содержание углекислого газа с помощью моделирования окисления микрометеоритов,
сохранившихся в известняковых породах возрастом 2,7 миллиарда лет. В предыдущих
работах было показано, что наблюдаемый состав тел можно объяснить взаимодействием
с атмосферой с современной долей кислорода, что не соответствует текущим
представлениям. Согласно результатам нового исследования, в случае углекислого
газа понадобится содержание не менее 70 процентов.

Когда железно-никелевые микрометеориты
входят в атмосферу на большой скорости, то они могут расплавляться вследствие
нагрева от трения. В случае перехода в жидкое состояние такие тела вступают в
активную реакцию с кислородом или углекислым газом, окисляясь до вюстита или
магнетита. При этом такие тела могут затвердевать задолго до соударения с
поверхностью, а в окисленном состоянии оказывают химически инертными и сохраняются
на протяжении геологического времени.

Ученые создали численную
модель и провели 15 тысяч симуляций падения микрометеоритов сквозь атмосферу из
углекислого газа и азота с давлением, равным современному. Также вычисления
повторили для случая атмосферы с добавлением чистого кислорода с концентрацией не
более процента, который может возникать вследствие фотодиссоциации углекислого
газа в верхних слоях атмосферы.

В итоге авторы приходят к
выводу, что для объяснения имеющихся данных по окислению микрометеоритов
нужного возраста необходима атмосфера с содержанием углекислого газа примерно в
64 процента. Полученная оценка практически не зависит от наличия примеси
кислорода и общего давления, но ее ошибки весьма велики — два стандартных отклонения составляют от
-58 до +36, то есть охватывают диапазон от 6 до 100 процентов. Ученые отмечают, что такая невысокая точность в первую очередь
связана с большим разбросом двух единственных на данный момент качественных
измерений окисленности микрометеоритов — 0,555 и 0,003. В то же время, для
получения практически полностью окисленного тела вне зависимости от параметров
его траектории требуется не менее 70 процентов углекислого газа в атмосфере (против
0,04 процентов в современной).

Климатические модели с
таким высоким содержанием углекислого газа предсказывают глобальную среднюю
температуру на Земле в позднем архее на уровне 30 градусов Цельсия (ниже, если давление было меньше современного). Также исследователи
отмечают, что известно немало железных микрометеоритов, упавших в следующий эон
— протерозой. Если измерить степень окисления вещества в них, то опробованным
методом можно будет оценить концентрацию углекислого газа и в течение других
эпох, по крайней мере, пока содержание кислорода на небольших высотах была
низка.

Ранее ученые нашли свидетельства, что атмосферное давление на древней Земле было в два раза ниже современного. Также есть ограниченные свидетельства, что кислород присутствовал в атмосфере и до кислородной катастрофы. 

Поделиться:

Будьте первым, кто оставит комментарий!

Добавить комментарий

Все права защищены.