Hadean eon, maždaug prieš 4,5 milijardo metų, pasaulis buvo kur kas kitokioje vietoje nei dabar. Taip pat per tą laiką dujos ir vulkaninis aktyvumas sukūrė pirmykštę atmosferą, susidedančią iš anglies dioksido, vandenilio ir vandens garų.
Iš šios pirmykštės atmosferos liko nedaug, o geoterminiai duomenys rodo, kad Žemės atmosfera galėjo būti visiškai sunaikinta bent du kartus nuo jos susidarymo daugiau nei prieš 4 milijardus metų. Dar visai neseniai mokslininkai abejojo, kas galėjo sukelti šį nuostolį.
Bet naujas MIT, hebrajų universiteto ir „Caltech“ tyrimas rodo, kad atsakingas gali būti intensyvus meteoritų bombardavimas šiuo laikotarpiu.
Šis meteorinis bombardavimas būtų buvęs įvykdytas maždaug tuo pačiu metu, kai susidarė Mėnulis. Intensyvus kosminių uolienų bombardavimas būtų sudeginęs dujų debesis, turėdamas pakankamai jėgos, kad atmosfera galėtų nuolat išstumti į kosmosą. Toks smūgis taip pat galėjo susprogdinti kitas planetas ir netgi nulupti Veneros ir Marso atmosferą.
Tiesą sakant, tyrėjai nustatė, kad mažos plokštumos imitacijos gali būti daug efektyvesnės už didelius smogtuvus - tokius kaip Theia, kurio susidūrimas su Žeme suformavo Mėnulį - sukeliant atmosferos nuostolius. Remiantis jų skaičiavimais, didžiulio oro pasklidimas turės milžinišką poveikį; bet kartu žiūrint, daug mažų padarinių turėtų tą patį poveikį.
MIT Žemės, atmosferos ir planetų mokslų katedros docentas Hilke Schlichting sako, kad supratę senovės Žemės atmosferos veiksnius, mokslininkai gali padėti nustatyti ankstyvas planetos sąlygas, paskatinusias susiformuoti gyvybę.
„[Šis atradimas] nustato labai skirtingas pradines sąlygas, kokia buvo ankstyvoji Žemės atmosfera“, - sako Schlichting. „Tai suteikia mums naują atspirties tašką bandymui suprasti, kokia buvo atmosferos sudėtis ir kokios buvo gyvenimo vystymosi sąlygos“.
Be to, grupė ištyrė, kokia atmosfera buvo išlaikyta ir prarasta po susidūrimų su milžiniškais, Marso dydžio ir didesniais kūnais bei mažesniais smogtuvais, kurių ilgis yra 25 km ar mažiau.
Jie nustatė, kad susidūrimas su masyviu smogtuvu kaip Marsas turės reikiamą efektą, sukeldamas didžiulį smūgio bangą per Žemės vidų ir galimai išstumdamas nemažą dalį planetos atmosferos.
Tačiau tyrėjai nustatė, kad toks poveikis greičiausiai nebuvo padarytas, nes jis būtų pavertęs Žemės vidų homogeniška sruta. Atsižvelgiant į tai, kad Žemės interjere pastebimi įvairūs elementai, panašu, kad tokio įvykio praeityje nebuvo.
Mažesnių smogtuvų serija, priešingai, sukeltų rūšių sprogimą, išmesdama šiukšles ir dujas. Didžiausias iš šių smogtuvų bus pakankamai pajėgus, kad iš atmosferos, esančios tiesiai virš smūgio zonos, išstumtų visas dujas. Tik mažesnė šios atmosferos dalis būtų prarasta po mažesnių smūgių, tačiau komandos vertinimu, dešimtys tūkstančių mažų smogtuvų galėjo ją atitraukti.
Toks scenarijus greičiausiai kilo prieš 4,5 milijardo metų per Hadean eoną. Šis laikotarpis buvo vienas iš galaktikos chaoso, nes aplink Saulės sistemą virpėjo šimtai tūkstančių kosminių uolų ir, manoma, daugelis susidūrė su Žeme.
„Be abejo, tada mes turėjome visus šiuos mažesnius smogiklius“, - sako Schlichting. „Vienu mažu smūgiu negalima atsikratyti daugumos atmosferos, tačiau bendrai jie yra daug efektyvesni už milžinišką poveikį ir gali lengvai išstumti visą Žemės atmosferą.“
Tačiau Schlichting ir jos komanda suprato, kad mažų smūgių suma gali būti pernelyg efektyvi mažinant atmosferą. Kiti mokslininkai išmatavo Žemės atmosferinę sudėtį, palyginti su Venera ir Marsu; ir palyginti su Venera, žemės tauriųjų dujų išeikvojo 100 kartų. Jei šios planetos būtų buvusios veikiamos tų pačių mažų smogtuvų pliūpsnio savo ankstyvojoje istorijoje, tada Venera šiandien neturėtų atmosferos.
Ji su kolegomis grįžo prie mažo smogtuvo scenarijaus, kad pabandytų įvertinti šį planetų atmosferos skirtumą. Remdamasi tolesniais skaičiavimais, komanda nustatė įdomų efektą: Kai prarandama pusė planetos atmosferos, mažiems smogtuvams tampa daug lengviau išstumti likusias dujas.
Tyrėjai apskaičiavo, kad Veneros atmosfera turėtų prasidėti tik šiek tiek masyvesnė už Žemės, kad maži smogtuvai sunaikintų pirmąją Žemės atmosferos pusę, o Venera nepažeistų. Nuo tada Schlichtingas apibūdina šį reiškinį kaip „bėgantį procesą - kai pavyksta atsikratyti pirmosios pusės, antroji pusė dar lengvesnė“.
Tai sukėlė dar vieną svarbų klausimą: kas galiausiai pakeitė Žemės atmosferą? Atlikdama tolesnius skaičiavimus, Schlichting ir jos komanda rado tuos pačius smogtuvus, kurie išstūmė dujas, taip pat galėjo įnešti naujų dujų arba lakiųjų medžiagų.
„Kai įvyksta smūgis, jis lydosi plokštumos dydį, o jo lakieji lakštai gali patekti į atmosferą“, - sako Schlichting. „Jie ne tik gali išeikvoti, bet ir papildyti dalį atmosferos“.
Grupė apskaičiavo lakiųjų medžiagų kiekį, kurį gali išleisti tam tikros sudėties ir masės uoliena, ir nustatė, kad didelę atmosferos dalį galėjo papildyti dešimtys tūkstančių kosminių uolienų.
„Mūsų skaičiai yra realūs, atsižvelgiant į tai, ką žinome apie nepastovų įvairių turimų uolienų turinį“, - pažymi Schlichting.
Jay Meloshas, Purdue universiteto žemės, atmosferos ir planetų mokslų profesorius, sako, kad Schlichtingo išvados yra stebinančios, nes dauguma mokslininkų manė, kad Žemės atmosferą sunaikino vienas milžiniškas poveikis. Kitos teorijos, pasak jo, remiasi stipriu saulės ultravioletinių spindulių srautu, taip pat „neįprastai aktyviu saulės vėjeliu“.
„Tai, kaip Žemė prarado savo pirmapradę atmosferą, buvo jau seniai problema, ir šis dokumentas nueina ilgą kelią šios mįslės išsprendimui“, - sako Meloshas, kuris neprisidėjo prie tyrimų. „Gyvenimas Žemėje prasidėjo maždaug tuo metu, todėl atsakydamas į klausimą, kaip prarasta atmosfera, pasakoja mums apie tai, kas galėjo nulemti gyvybės kilmę“.
Toliau Schlichtingas tikisi atidžiau ištirti sąlygas, kuriomis grindžiamas ankstyvasis Žemės formavimasis, įskaitant lakiųjų medžiagų išsiskyrimo iš mažų smogtuvų ir senovės Žemės magmos vandenyno sąveiką.
„Mes norime sujungti šiuos geofizikinius procesus, kad nustatytume, kokia buvo greičiausia atmosferos sudėtis nuliniu metu, kai Žemė ką tik susiformavo, ir, tikimės, nustatytume gyvenimo evoliucijos sąlygas“, - sako Schlichting.
Schlichting ir jos kolegos paskelbė savo rezultatus vasario mėnesio žurnalo „Icarus“ numeryje.
