Интерес к вопросу возникновения и эволюции жизни на Земли значительно возрос после публикации нового исследования в последнем выпуске журнала Science. Учёные из CRPG-CNRS University of Lorraine, University of Manchester и Institut de Physique du Globe de Paris поставили перед собой цель выяснить, почему планета была достаточно тёплой для поддержания ранних форм жизни, при том, что энергия Солнца составляла всего ¾ нынешнего излучения.
Жизнь на Земле эволюционировала в период архея – между 3,8 и 2,4 млрд лет назад, но относительно слабое по нынешним меркам Солнце, по идее, должно было означать, что планета была слишком холодной для возникновения жизни. Поэтому учёные пытались найти объяснение этой загадке, названной «парадоксом слабого молодого Солнца».
По словам доктора Ray Burgess из Manchester’s School of Earth, который специализируется на изучении эволюции атмосферы нашей планеты, во время архея Земля получала на 20-25% меньше солнечной энергии, нежели сегодня. Учёный предполагает, что если состав парниковых газов атмосферы был сопоставим с нынешними показателями, то наша планета должна была быть покрыта льдом, но геологические данные свидетельствуют о том, что никаких глобальных «заморозков» перед концом архейского периода не было и вода находилась в жидком состоянии.
Одно из объяснений «парадокса слабого молодого Солнца», заключается в том, что уровни парниковых газов – одни из регуляторов климата на Земле, были значительно выше, по сравнению с сегодняшними.
Ведущий автор статьи, профессор Bernard Marty из CRPG-CNRS University of Lorraine отмечает, чтобы объяснить «парадокс слабого молодого Солнца» с этой точки зрения, концентрация углекислого газа в атмосфере должна примерно в 1000 раз превышать нынешние показатели. Однако древние окаменелости – лучшие индикаторы уровня углекислого газа в атмосфере – свидетельствуют об обратном. Прочие атмосферные парниковые газы, в частности метан и аммиак, также присутствовали в атмосфере, но ввиду их «хрупкости» — легко разрушились под воздействием ультрафиолетовой солнечной радиации.
Согласно другой теории «нагревания климата» — которую собственно и хотели проверить исследователи – в древней атмосфере содержалось очень много азота, который усиливал парниковый эффект и позволял Земле не покрыться льдом.
Команда проанализировала крошечные образцы воздуха, «пойманные в ловушку» в водных пузырьках кварца из региона Северной Австралии, в котором великолепно сохранились горные породы датируемые археем.
По словам Marty, он и его коллеги измерили количество изотопов азота и аргона в древнем воздухе. Аргон – благородный газ, который ввиду своей химической инертности является идеальным элементом для мониторинга атмосферных изменений. Используя азот и измерения аргона учёные смогли выяснить количественные характеристики и изотопный состав азота. Исследователи пришли к выводу, что парциальное давление азота в архейской атмосфере было несколько ниже нежели сегодня.
Доктор Burgess подытожил, что концентрация азота в атмосфере слишком низкая, дабы усилить парниковый эффект углекислого газа, который смог бы обезопасить планету от «замерзания». По словам учёного, полученные им и его коллегами показатели, значительно превысили их изначальные прогнозы.
