Stan dzisiejszej atmosfery Ziemi różni się zasadniczo od atmosfery „otulającej” naszą planetę przeszło 4 miliardy lat temu. Różnicą jest nie tylko stopień zanieczyszczeń, ale także… objętość. Naukowcy na potwierdzenie swoich słów przedkładają liczne dowody geochemiczne.

Dawna atmosfera Ziemi

Źródło: newsoffice.mit.edu

 

Fakt, że skład współczesnej atmosfery Ziemi zredukował się przeszło dwukrotnie względem stanu sprzed 4 miliardów lat potwierdzają liczne geochemiczne dowody. Dotychczas problemem było jednak wyjaśnienie przyczyn obserwowanego zjawiska w możliwie logiczny, nieulegający wątpliwościom, sposób.

Prestiżowa współpraca

Naukowcy z MIT (Massachusetts Institute of Technology – amerykańska prywatna uczelnia techniczna) oraz zespoły ekspertów z Uniwersytetu Hebrajskiego i Caltech(Kalifornijski Instytut Technologiczny, uznany za jedną z najlepszych prywatnych uczelni w USA) zaproponowali tezę, tłumaczącą przyczyny „zubożenia” atmosfery.

– Bezlitosne bombardowanie Ziemi przez niewielkie skały w czasach formowania się jej naturalnego satelity – Księżyca – mogło generować wystarczające ilości energii do trwałego wyrzutu chmur różnych gazów, co poskutkowało „wypychaniem” niewielkich porcji atmosfery do przestrzeni kosmicznej – oświadczyli naukowcy.

 

Atmosfera „za burtą”

Wykonane przez uniwersyteckie zespoły dziesiątki obliczeń wykazały, że podczas setek tysięcy bombardowań Ziemi mogło następować zjawisko określane przez nich mianem „wyrzucania za burtę pewnej części tzw. prymitywnej atmosfery”. Eksperci wskazują, że w ten właśnie sposób swoje atmosfery utraciły sąsiadujące z Ziemią dwie planety, Wenus i Mars.

Badacze wykazali jednocześnie, że zasadniczo niewielkieplanetozymale – bryły tzw. pierwotnej materii, „dryfujące” w dysku protoplanetarnym wokół gwiazdy i zderzające się z innymi podobnymi obiektami, uważane za zalążki przyszłych planet – mogły efektywniej przyczynić się do utraty atmosfery planet niż wielkie skalne bryły będące na kursie kolizyjnym z ciałem niebieskim.

 

Mały może więcej

– Teoretycznie utrata tak gigantycznej „porcji” atmosfery, otaczającej planetę może być skutkiem kolizji z dużym obiektem. To tak jakby Ziemia zderzyła się z drugą Ziemią – tłumaczą badacze.

– Jednocześnie nasze obliczenia wykazały, że taki sam efekt można osiągnąć wielokrotnie, poprzez bombardowanie planety przez długi czas względnie niewielkimi obiektami – konkludują.

 

Rozumniejsze spojrzenie

– Zrozumienie czynników, które zachodziły miliardy lat temu i określiły dzisiejszy stan atmosfery Ziemi, pomoże naukowcom w identyfikowaniu planet, które moglibyśmy w przyszłości kolonizować. Eksperci będą patrzeć na ciało niebieskie poprzez pryzmat tego, czy będzie ono w ogóle możliwe do zamieszkania, oceniając nie tylko aktualny stan jego atmosfery. Będą zdolni do prognozowania przyszłego stanu atmosfery danej planety, obserwując jej otoczenie i ją samą – wyjaśniła Hilke Schlichting pracująca w departamencie MIT poświęconego zagadnieniom planetarnym.

– Zgłębiwszy tematykę pierwotnej atmosfery naszej planety i procesów, które przez miliardy lat ukształtowały ją w sposób dogodny do tego stopnia, że powstało na tej planecie życie, pozwoli nam zupełnie inaczej spojrzeć na inne, podobne Ziemi, planety – podkreśliła Schlichting.

 

„Homogeniczna papka”

Artykuł naukowy autorstwa Schlichting i jej współpracowników został opublikowany na łamach magazynu „Icarus”. Naukowcy opisują w niej wyniki badań nad tym, jak duże ubytki atmosfery planety są w stanie spowodować kolizje z obiektami o rozmiarach Marsa i większymi oraz kolizje z obiektami o średnicy nieprzekraczającej 25 kilometrów.

Symulacje komputerowe wykazały, że kolizja z obiektami o rozmiarach Marsa powodowałaby nie tylko prawdopodobnie całkowitą utratę atmosfery, ale także spowodowałaby znaczne zmiany w strukturze planety, czyniąc je w gruncie rzeczy „homogeniczną papką”.

Podkreślono, że takie zderzenie nie mogło nastąpić argumentując to śladową ilością helu w głębi Ziemi. Jego stężenie w wydobywanym gazie ziemnym oscyluje na poziomie kilku procent, tymczasem kolizja z obiektem rozmiarów Marsa spowodowałaby „uwięzienie” ogromnych ilości we wnętrzu planety.

 

Totalny chaos i wypychanie

Naukowcy zwrócili uwagę, że względnie niewielkich obiektów, spadających na planetę, wbijając się w jej powierzchnię, wzniecały mniejsze lub większe chmury pyłu i gruzu, przyczyniając się do „wypychania” gazów tworzących atmosferę bez większych ingerencji w strukturę całej planety.

– W momencie, gdy na ziemskiej orbicie formował się Księżyc wokół Ziemi panował totalny chaos, na planetę co rusz spadały różnego rozmiaru kosmiczne skały – zauważają badacze. – Setki, jeśli nie tysiące tego typu incydentów 4,5 mld lat temu to był stały element codzienności – dodają.

– Pojedynczy incydent, tj. niewielka skała spadając na planetę nie może oczywiście „wypchnąć” znamiennych ilości atmosfery w przestrzeń kosmiczną. Ale już setki tysięcy tego typu zderzeń, powtarzających się przez długie lata w trakcie których kształtował się znany nam dziś Układ Słoneczny, jak najbardziej – podkreśla Schlichting.

 

Łatwiejsze „drugie pół”

Eksperci zaobserwowali pewną ciekawostkę – w chwili, gdy połowa atmosfery zostanie utracona, proces „wypychania” jej w przestrzeń kosmiczną, w wyniku kolizji z niewielkimi obiektamispadającymi na jej powierzchnię, następuje znacznie „sprawniej”.

– Można powiedzieć, że to potwierdza regułę, jakoby uporawszy się z pierwszą połową pracy, drugie pół pójdzie sprawniej – podsumowuje Schlichting. – Podawane przez nas (w materiale opublikowanym w magazynie „Icarus” – przyp. red.) liczby są rzeczywiste i dokładnie oddają, czego można spodziewać się po kolizji z obiektem danych rozmiarów – podkreśla współautorka.

 

Długa droga po odpowiedź

Jay Melosh, profesor zajmujący się naukami planetarnymi na Uniwersytecie Purdue, tezę wysuwaną przez Schlichting i jej kolegów uważa za zaskakującą. W środowisku naukowym uznaje się bowiem, że atmosfera ziemska została uformowana w wyniku potężnej kolizji. Inne teorie twierdzą, że dużą rolę odegrało w tym procesie promieniowanie ultrafioletowe oraz wiatr słoneczny pochodzący z okresu „niezwykłej aktywności” gwiazdy.

– Wyjaśnienie tej zagadki to problem leżący na naukowym stole od dawien dawna – przyznaje prof. Melosh, nie będący członkiem zespołu, który swoje zdanie wyraziła również na łamach magazynu „Icarus”. – Tą publikacją pokonano duży odcinek pomiędzy pytaniem a odpowiedzią, która to może odpowiedzieć na jeszcze inne, zasadnicze pytanie: skąd się wzięło życie – dodaje profesor.

– Chcielibyśmy określić panujące na Ziemi procesy geochemiczne i stan atmosfery z tzw. czasu zero planety, tj. z chwili tuż po powstaniu Ziemi jako planety – podkreśla Schlichting. W tym celu badacze muszą pozyskać zastygłą miliardy lat temu magmę, ja najprawdopodobniej znajduje się na najgłębszym oceanicznym dnie.

Polecane: