Как астероид и комета могли задержать эволюцию атмосферы

В то время столкновение с Землей астероидов и комет было обычным делом. Фактически, самые большие из них, более шести миль в ширину, изменили химический состав самой ранней атмосферы планеты. Хотя все это было общепризнано геологами, не было так хорошо понято то, как часто эти большие астероиды будут падать и как именно осадки от столкновений повлияют на атмосферу, особенно на уровень кислорода. Команда исследователей теперь считает, что у них есть некоторые ответы.

Команда под руководством Юго-Западного исследовательского института обновила модели планетных бомбардировок последней геологической информацией, а затем применила эти модели, чтобы понять, как удары могли повлиять на уровни кислорода в атмосфере Земли в архейском эоне 2,5–4 миллиарда лет назад. В этой художественной концепции изображены большие астероиды, проникающие в бедную кислородом атмосферу Земли. Предоставлено: SwRI / Дэн Дурда, Симоне Марчи.

В новом исследовании Надя Драбон, доцент Гарвардского университета Земли и планетных наук, была частью группы, которая проанализировала остатки древних астероидов и смоделировала последствия их столкновений, чтобы показать, что удары происходили чаще, чем предполагалось ранее, и могут задержались, когда на планете начал накапливаться кислород. Новые модели могут помочь ученым более точно понять, когда планета начала свой путь к тому, чтобы стать Землей, которую мы знаем сегодня.

«Свободный кислород в атмосфере имеет решающее значение для любого живого существа, которое использует дыхание для производства энергии», — сказал Драбон. «Без накопления кислорода в атмосфере нас, вероятно, не существовало бы».

Работа описана в Природа Геонауки и возглавлялась Симоне Марчи, ученым из Юго-Западного исследовательского института в Боулдере, штат Колорадо.

Исследователи обнаружили, что существующие модели планетных бомбардировок недооценивают частоту столкновений с Землей астероидов и комет. Новая, более высокая частота столкновений предполагает, что удары сталкиваются с планетой примерно каждые 15 миллионов лет, что примерно в 10 раз больше, чем у нынешних моделей.

Ученые поняли это после анализа записей о том, что кажется обычными камнями. На самом деле это древние свидетельства, известные как ударные сферулы, которые образовывались в огненных столкновениях каждый раз, когда большие астероиды или кометы сталкивались с планетой. В результате энергия от удара расплавила и испарила скалистые материалы в земной коре, взорвав их гигантским шлейфом. Небольшие капельки расплавленной породы в этом облаке затем конденсировались и затвердевали, падая обратно на Землю в виде частиц размером с песок, которые оседали обратно на земную кору. Эти древние маркеры трудно найти, поскольку они образуют слои в скале, которые обычно составляют около дюйма или около того.

«В основном вы просто идете в длительные походы и смотрите на все камни, которые можете найти, потому что частицы удара такие крошечные», — сказал Драбон. «Их действительно легко не заметить».

Однако такие ученые, как Драбон, нашли прорывы. «За последние пару лет были обнаружены свидетельства ряда дополнительных воздействий, которые ранее не регистрировались», — сказала она.

Эти новые слои сфер увеличили общее количество известных ударных событий на ранней Земле. Это позволило команде Юго-Западного исследовательского института обновить свои модели бомбардировок и обнаружить, что частота столкновений занижена.

Исследование, проведенное под руководством SwRI, обновило модели бомбардировки, основанные на небольших стеклянных частицах, известных как ударные сферулы, которые населяют несколько тонких дискретных слоев земной коры, возраст которых варьируется от 2,4 до 3,5 миллиардов лет. Слои сфер, такие как тот, который показан на этом 5-сантиметровом образце возрастом 2,6 миллиарда лет из Австралии, являются маркерами древних столкновений. Предоставлено: Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе / Скотт Хасслер и Оберлин / Брюс Симонсон.

Затем исследователи смоделировали, как все эти удары повлияли бы на атмосферу. По сути, они обнаружили, что совокупные эффекты от ударов метеоритов объектами размером более шести миль, вероятно, создают сток кислорода, который высасывает большую часть кислорода из атмосферы.

Полученные данные согласуются с геологическими данными, которые показывают, что уровни кислорода в атмосфере варьировались, но оставались относительно низкими в ранний архейский эон. Так было примерно 2,4 миллиарда лет назад, в конце этого периода времени, когда бомбардировки замедлились. Затем на Земле произошел серьезный сдвиг в химии поверхности, вызванный повышением уровня кислорода, известным как Великое событие окисления.

«Со временем столкновения становились все менее частыми и слишком маленькими, чтобы иметь возможность значительно изменить уровни кислорода после GOE», — говорится в заявлении Марчи. «Земля шла к тому, чтобы стать нынешней планетой».

Драбон сказал, что следующие шаги в проекте включают проверку их работы по моделированию, чтобы увидеть, что они могут моделировать в самих породах.

«Можем ли мы на самом деле проследить в каменной записи, как кислород высасывался из атмосферы?» — подумал Драбон.