Результаты, опубликованные 9 мая в журнале Nature Geoscience, опровергают общепринятое представление о том, что у ранней Земли была более плотная атмосфера, чтобы компенсировать более слабый солнечный свет. Открытие также имеет значение, какие газы были в этой атмосфере, и как биология и климат работали на ранней планете.«В течение долгого времени люди думали, что атмосферное давление тогда могло быть выше, потому что солнце было слабее», — сказал ведущий автор Санджой Сом, который выполнил работу в рамках своей докторской диссертации в области наук о Земле и космосе. «Наш результат противоположен тому, чего мы ожидали».
Идея использовать пузырьки, захваченные в остывающей лаве, в качестве «палеобарометра» для определения веса воздуха в молодости нашей планеты возникла несколько десятилетий назад соавтором Роджера Бьюика, профессора наук о Земле и космосе из Университета штата Вашингтон. Другие использовали эту технику для измерения высоты лавы возрастом в несколько миллионов лет. Чтобы перевернуть эту идею и измерить давление воздуха в более далеком прошлом, исследователям понадобилось место, где действительно древняя лава, несомненно, образовалась на уровне моря.Их полевой участок в Западной Австралии был обнаружен соавтором Тимом Блейком из Университета Западной Австралии.
Там река Бизли обнажила базальтовую лаву возрастом 2,7 миллиарда лет. Самый нижний поток лавы имеет «пальцы лавы», которые зарываются в стеклянные осколки, доказывая, что расплавленная лава погружалась в морскую воду. Команда пробурила вышележащие потоки лавы, чтобы изучить размер пузырьков.Поток расплавленной породы быстро охлаждается сверху и снизу, а пузырьки, застрявшие внизу, меньше пузырьков вверху.
Разница в размерах отражает давление воздуха, которое давило на лаву при ее охлаждении 2,7 миллиарда лет назад.Грубые измерения в полевых условиях показали удивительно легкую атмосферу. Более тщательные рентгеновские снимки нескольких потоков лавы подтвердили результат: пузырьки указывают на то, что атмосферное давление в то время было меньше половины сегодняшнего.
Земля 2,7 миллиарда лет назад была домом только для одноклеточных микробов, солнечный свет был примерно на одну пятую слабее, а атмосфера не содержала кислорода. Но это открытие указывает на то, что условия еще более потусторонние, чем считалось ранее. Более легкая атмосфера может повлиять на силу ветра и другие климатические условия и даже изменить температуру кипения жидкостей.«Мы все еще осознаем масштабы этого», — сказал Бьюик. «Нам потребуется время, чтобы переварить все возможные последствия».
Другие геологические свидетельства ясно показывают, что в то время на Земле была жидкая вода, поэтому в ранней атмосфере должно было содержаться больше удерживающих тепло парниковых газов, таких как метан и углекислый газ, и меньше азота.Новое исследование является шагом вперед по сравнению с предыдущей работой команды UW по «окаменелым каплям дождя», которая впервые ставит под сомнение идею о гораздо более плотной древней атмосфере.
Этот результат также подтверждает вывод Buick 2015 года о том, что микробы вытягивали азот из атмосферы Земли около 3 миллиардов лет назад.«Уровни газообразного азота менялись на протяжении истории Земли, по крайней мере, в раннюю историю Земли, так, как люди раньше даже не думали», — сказал соавтор Дэвид Кэтлинг, профессор Земли и космических наук из Университета штата Вашингтон. «Людям нужно будет переписать учебники».Затем исследователи будут искать другие подходящие породы, чтобы подтвердить выводы и узнать, как атмосферное давление могло меняться со временем.
Хотя подсказок о ранней Земле мало, ее все же легче изучать, чем планеты за пределами нашей солнечной системы, поэтому это поможет понять возможные условия и жизнь на других планетах, где атмосфера может быть тонкой и бескислородной, как на ранней Земле. .Сом — генеральный директор некоммерческой организации Blue Marble Space, расположенной в Сиэтле, которая занимается междисциплинарными исследованиями в области космической науки, международной осведомленностью, научным образованием и работой с общественностью. В настоящее время он занимается астробиологическими исследованиями в Исследовательском центре Эймса НАСА в Калифорнии.