Drobinki starożytnej pyłu kosmicznego, które dryfowały na Ziemię 2, 7 miliarda lat temu, dają naukowcom po raz pierwszy wgląd w skład chemiczny górnej atmosfery naszej młodej planety.
powiązana zawartość
- Stargazers pomagają wyśledzić świeżo opadły meteoryt w zachodniej Australii
- W tym miesiącu nie spuszczaj oczu z Delta Aquarid Meteory
- Ten start-up chce otworzyć Olimpiadę 2020 z deszczem meteorytowym spowodowanym przez człowieka
Badania sugerują, że starożytna górna atmosfera Ziemi zawierała mniej więcej tyle samo tlenu co obecnie, około 20 procent. Jest to sprzeczne z założeniami naukowców: ponieważ w dolnej atmosferze wczesnej Ziemi było mało tlenu, badacze sądzili, że górna atmosfera była podobnie pozbawiona gazu.
Naukowcy twierdzą, że odkrycia, szczegółowo opisane w tym tygodniu w czasopiśmie Nature, otwierają nową drogę do badania ewolucji atmosfery w głębokim czasie i zapewniają świeży wgląd w ewolucję atmosfery ziemskiej do jej obecnego stanu.
„Ewoluująca atmosfera zmieniła chemię wielu procesów geologicznych, z których niektóre są odpowiedzialne za tworzenie gigantycznych zasobów mineralnych”, mówi główny autor badań Andrew Tomkins z Monash University w Melbourne w Australii. Badania te pomagają nam myśleć o biosferze interakcje między hydrosferą a geosferą oraz ich zmiany w czasie ”, wyjaśnia.
Pył kosmiczny lub „mikrometeoryty” użyte do badań zostały odzyskane ze starożytnych próbek wapienia z regionu Pilbara w zachodniej Australii. Kosmiczne kulki topiły się po wejściu do ziemskiej atmosfery na wysokościach około 50 do 60 mil.
„Ludzie już wcześniej znaleźli mikrometeoryty w skałach, ale nikt nie pomyślał, aby wykorzystać je do badania chemii atmosfery” - mówi Tomkins.
Kiedy maleńkie przedmioty topiły się i przekształcały wysoko w starożytnej atmosferze, reagowały z tlenem w swoim otoczeniu i ulegały przemianie. Badacze mogli zajrzeć do tych starożytnych mikrometeorytów, aby zobaczyć, jakie zmiany chemiczne zachodziły podczas podróży przez atmosferę.
Region Pilbara w Australii Zachodniej, w którym naukowcy znaleźli mikrometeoryty (SimonKr doo / iStock) Za pomocą mikroskopu Tomkins i jego koledzy odkryli, że mikrometeoryty były kiedyś cząstkami metalicznego żelaza, które zamieniły się w minerały tlenku żelaza po wystawieniu na działanie tlenu.
Naukowcy twierdzą, że aby mogła nastąpić taka chemiczna transformacja, poziomy tlenu w górnej atmosferze ziemskiej podczas Eon Archeana (3, 9 do 2, 5 miliarda lat temu) musiały być znacznie wyższe niż wcześniej sądzono.
Obliczenia przeprowadzone przez współautora badań Matthew Genge, eksperta od kosmicznego pyłu w Imperial College London, sugerują, że stężenie tlenu w górnej atmosferze musiałoby wynosić około 20 procent - lub być bliskie współczesnym poziomom - aby wyjaśnić obserwacje.
„Myślę, że to naprawdę ekscytujące, że prawdopodobnie mają sposób na testowanie [górnej] atmosfery za pomocą tych mikrometeorytów” - mówi Jim Kasting, geolog z Pennsylvania State University, który nie był zaangażowany w badania.
Tomkins i jego zespół uważają, że ich nowe wyniki mogą poprzeć pomysł zaproponowany przez Kastinga i innych, że atmosfera ziemska podczas Archeanu była ułożona w stos, a dolna i górna atmosfera były oddzielone mglistą warstwą środkową. Warstwa ta składałaby się z metanu z gazów cieplarnianych - wytwarzanego w dużych ilościach przez wczesne organizmy produkujące metan, zwane „metanogenami”.
Metan pochłonąłby światło ultrafioletowe i uwolnił ciepło, tworząc ciepłą strefę, która blokowała pionowe mieszanie się różnych warstw atmosferycznych.
Zgodnie z tym scenariuszem warstwa zamglenia hamowałaby pionowe mieszanie aż do „wielkiego zdarzenia utleniania” 2, 4 miliarda lat temu, kiedy cyjanobakterie fotosyntetyzujące wytwarzały tlen w wystarczająco dużych ilościach, aby rozproszyć metan.
„Tlen i metan nie idą w parze, więc ten wzrost tlenu ostatecznie zareagowałby na metan z układu”, mówi Tomkins. „Usunięcie metanu pozwoliłoby na bardziej skuteczne mieszanie górnej i dolnej atmosfery”.
Tomkins podkreślił jednak, że ta hipoteza wciąż wymaga przetestowania i planuje nawiązać współpracę z Kastingiem w celu opracowania modeli komputerowych do symulacji pionowego mieszania w atmosferach o różnych składach.
„Pobraliśmy próbkę górnej atmosfery tylko w jednym momencie”, mówi Tomkins. „Kolejnym krokiem jest wydobycie mikrometeorytów ze skał obejmujących szeroki zakres czasu geologicznego i przyjrzenie się szerokim zmianom chemicznym w górnej atmosferze”.
Dowiedz się więcej o tych badaniach i więcej w Deep Carbon Observatory.
