По време на Хадеен Еон, преди около 4,5 милиарда години, светът е бил много по-различно място, отколкото е днес. Именно през това време газовата и вулканична активност създават първичната атмосфера, съставена от въглероден диоксид, водород и водна пара.
Малко от тази изначална атмосфера остава, а геотермалните данни показват, че атмосферата на Земята може да е напълно заличена поне два пъти от създаването си преди повече от 4 милиарда години. Доскоро учените не бяха сигурни какво би могло да причини тази загуба.
Но ново проучване от MIT, Hebrew Univeristy и Caltech показва, че интензивното бомбардиране на метеорити в този период може да е причина за това.
Тази метеорична бомбардировка щеше да се извърши приблизително в същото време, когато се образуваше Луната. Интензивното бомбардиране на космически скали би избутало облаци газ с достатъчно сила, за да изхвърли атмосферата постоянно в космоса. Такива въздействия може да са взривили и други планети и дори да отлепят атмосферите на Венера и Марс.
Всъщност, изследователите откриха, че малките пластезимали могат да бъдат много по-ефективни от големите удари - като Тея, чийто сблъсък със Земята се смята, че е образувал Луната - при шофиране на атмосферни загуби. Въз основа на техните изчисления би било необходимо огромно въздействие, което да разпръсне по-голямата част от атмосферата; но взети заедно, много малки въздействия биха имали същия ефект.
Хилке Шлихтинг, асистент в катедрата за земни, атмосферни и планетарни науки на MIT, казва, че разбирането на водачите на древната атмосфера на Земята може да помогне на учените да идентифицират ранните планетарни условия, които насърчават живота да се формира.
„[Тази констатация] поставя съвсем различно първоначално условие за това каква е била атмосферата на ранната Земя най-вероятно“, казва Шлихтинг. „Това ни дава нова отправна точка за опит да разберем какъв е съставът на атмосферата и какви са условията за развитие на живота.“
Нещо повече, групата проучи колко атмосфера е задържана и загубена след удари с гигантски, с размер на Марс и по-големи тела и с по-малки удари с размери 25 километра или по-малко.
Те откриха, че сблъсък с удар, толкова масов, колкото Марс, ще има необходимия ефект от генериране на масивна ударна вълна през вътрешността на Земята и потенциално да изхвърли значителна част от атмосферата на планетата.
Въпреки това, изследователите определят, че подобно въздействие няма да има, тъй като би превърнал вътрешността на Земята в хомогенна каша. Предвид появата на различни елементи, наблюдавани във вътрешността на Земята, изглежда, че такова събитие не се е случвало в миналото.
За разлика от тях поредица от по-малки ударни въздействия биха генерирали видове експлозия, освобождавайки купчина от отпадъци и газ. Най-големият от тези удари би бил достатъчно силен, за да изхвърли целия газ от атмосферата непосредствено над зоната на удар. Само малка част от тази атмосфера ще бъде загубена вследствие на по-малки въздействия, но екипът изчислява, че десетки хиляди малки ударни въздействия биха могли да я свалят.
Такъв сценарий вероятно се е появил преди 4,5 милиарда години по време на Хадеен еон. Този период беше един от галактически хаос, тъй като стотици хиляди космически скали се завъртяха около Слънчевата система и мнозина се смята, че са се сблъскали със Земята.
„Със сигурност имахме всички тези по-малки удари тогава“, казва Шлихтинг. „Едно малко въздействие не може да се отърве от по-голямата част от атмосферата, но в съвкупност те са много по-ефективни от гигантските въздействия и могат лесно да изхвърлят цялата земна атмосфера.“
Въпреки това, Schlichting и нейният екип разбраха, че сумарният ефект от малки въздействия може да бъде твърде ефективен при шофиране на атмосферни загуби. Други учени са измерили атмосферния състав на Земята в сравнение с Венера и Марс; и в сравнение с Венера, благородните газове на Земята са изчерпани 100 пъти. Ако тези планети бяха изложени на същия блъсък от малки удари в ранната си история, тогава Венера нямаше да има атмосфера днес.
Тя и нейните колеги се върнаха назад към сценария с малки въздействия, за да опитат да отчетат тази разлика в планетарните атмосфери. Въз основа на по-нататъшни изчисления екипът идентифицира интересен ефект: След като половината атмосфера на планетата се изгуби, става много по-лесно за малките въздействия да изхвърлят останалата част от газа.
Изследователите изчислили, че атмосферата на Венера ще трябва да започне малко по-масивна от земната, за да могат малките въздействия да ерозират първата половина от земната атмосфера, като същевременно запазят непокътната Венера. От този момент Шлихтинг описва явлението като „бегъл процес - след като успеете да се отървете от първата половина, втората половина е още по-лесна.“
Това породи друг важен въпрос: Какво в крайна сметка замести атмосферата на Земята? При по-нататъшни изчисления Шлихтинг и нейният екип откриха същите удрящи вещества, при които изхвърленият газ също може да е въвел нови газове или летливи вещества.
„Когато се случи въздействие, то се разтопява в плането и максимално летливите му вещества могат да излязат в атмосферата“, казва Шлихтинг. „Те не само могат да изчерпат, но и да попълнят част от атмосферата.“
Групата изчисли количеството на летливите вещества, които могат да се отделят от скала с даден състав и маса, и установи, че значителна част от атмосферата може да е попълнена от въздействието на десетки хиляди космически скали.
„Нашите числа са реалистични, предвид това, което знаем за летливото съдържание на различните скали, които имаме“, отбелязва Шлихтинг.
Джей Мелош, професор по земни, атмосферни и планетарни науки от университета в Пърдю, казва, че заключението на Шлихтинг е изненадващо, тъй като повечето учени предполагат, че атмосферата на Земята е заличена от едно гигантско въздействие. Според други теории той призовава за силен поток от ултравиолетова радиация от слънцето, както и за „необичайно активен слънчев вятър“.
„Как Земята е изгубила своята първоначална атмосфера е дългогодишен проблем и този документ върви дълъг път към решаването на тази загадка“, казва Мелош, който не допринесе за изследванията. „Животът е започнал на Земята по това време и така, отговаряйки на въпроса за това как се е изгубила атмосферата, ни говори за това, което може да е стартирало произхода на живота.“
В бъдеще Шлихтинг се надява да проучи по-отблизо условията, залегнали в ранното образуване на Земята, включително взаимодействието между отделянето на летливи вещества от малки удари и древния магмен океан на Земята.
„Искаме да свържем тези геофизични процеси, за да определим какъв е бил най-вероятният състав на атмосферата в нула на времето, когато Земята току-що се е образувала, и да се надяваме да идентифицираме условията за еволюцията на живота“, казва Шлихтинг.
Schlichting и нейните колеги са публикували резултатите си в февруарското издание на списанието Icarus.
