Почему океаны Земли не замерзли при молодом Солнце - «Наука и техника»

Добавлено 31-янв-2020, 08:00 От Сидор

Богатая углекислым газом атмосфера, возможно, создала мощный парниковый эффект, предполагают исследователи. Это может дать ответ на давнюю загадку, известную как «Парадокс слабого молодого Солнца»: как океаны могли оставаться жидкими на Земле, когда солнце было примерно на 30% тусклее, чем сейчас.
Оценки содержания углекислого газа в атмосфере 2,5—4 миллиардов лет назад сильно различаются. «Текущие оценки охватывают примерно три порядка: в 10—1000 раз больше, чем сейчас», — говорит астробиолог Оуэн Лехмер из Вашингтонского университета в Сиэтле. Поэтому ученые пытались как-то сократить разброс.
Ответ помогли дать 59 микрометеоритов, найденные в известняке возрастом 2,7 миллиарда лет и расположенном в районе Пилбара на северо-западе Австралии. Они были впервые описаны в исследовании 2016 года и до сих пор являются старейшими ископаемыми метеоритами из когда-либо найденных.
Крошечные кусочки камня из железа и никеля, не шире человеческого волоса, пронеслись сквозь атмосферу древней Земли и упали в океан, на морское дно. Там они медленно погрузились в известняк.
Во время своего короткого полета и благодаря частично расплавленному состоянию, микрометеориты вступали в химическую реакцию с атмосферой Земли. Атмосферный газ, будь то кислород или углекислый газ, окисляет железо, захватывая его электроны и превращая исходные минералы в новые.
Судя по результатам химического анализа более десятка микрометеоритов, исследование 2016 года показало удивительно богатые кислородом верхние слои атмосферы. То есть 2,7 миллиарда лет назад там было 20% кислорода, как на современной Земле. Но результаты того исследования не удовлетворяли многих ученых, говорит Лехмер: «Сложно представить себе атмосферу в подобном состоянии. Любая атмосфера, которую мы наблюдаем на планетах, хорошо перемешана».
Поэтому Лехмер и его коллеги провели новое исследование и связали окисление метеоритов с углекислым газом, а не с кислородом. Оба газа могут являться окислителями, хотя свободный кислород реагирует намного быстрее, чем кислород, связанный в СО2. Чтобы проверить, насколько хорошо углекислый газ может окислять быстро движущиеся микрометеориты, команда смоделировала падение в атмосфере около 15 000 бит космической пыли размером от 2 до 500 микрон. Концентрация углекислого газа при этом менялась от 2% до 85% от общего объема.
Атмосфера, состоящая, по меньшей мере, из 70% углекислого газа, могла бы окислить микрометеориты. Данный вывод согласуется с другими данными, полученными в ходе анализа древних почв.
Подобный состав атмосферы, да еще и с добавлением метана, мог создать теплый мир, в котором океаны не могли замерзнуть, несмотря на холодное молодое Солнце.

Богатая углекислым газом атмосфера, возможно, создала мощный парниковый эффект, предполагают исследователи. Это может дать ответ на давнюю загадку, известную как «Парадокс слабого молодого Солнца»: как океаны могли оставаться жидкими на Земле, когда солнце было примерно на 30% тусклее, чем сейчас. Оценки содержания углекислого газа в атмосфере 2,5—4 миллиардов лет назад сильно различаются. «Текущие оценки охватывают примерно три порядка: в 10—1000 раз больше, чем сейчас», — говорит астробиолог Оуэн Лехмер из Вашингтонского университета в Сиэтле. Поэтому ученые пытались как-то сократить разброс. Ответ помогли дать 59 микрометеоритов, найденные в известняке возрастом 2,7 миллиарда лет и расположенном в районе Пилбара на северо-западе Австралии. Они были впервые описаны в исследовании 2016 года и до сих пор являются старейшими ископаемыми метеоритами из когда-либо найденных. Крошечные кусочки камня из железа и никеля, не шире человеческого волоса, пронеслись сквозь атмосферу древней Земли и упали в океан, на морское дно. Там они медленно погрузились в известняк. Во время своего короткого полета и благодаря частично расплавленному состоянию, микрометеориты вступали в химическую реакцию с атмосферой Земли. Атмосферный газ, будь то кислород или углекислый газ, окисляет железо, захватывая его электроны и превращая исходные минералы в новые. Судя по результатам химического анализа более десятка микрометеоритов, исследование 2016 года показало удивительно богатые кислородом верхние слои атмосферы. То есть 2,7 миллиарда лет назад там было 20% кислорода, как на современной Земле. Но результаты того исследования не удовлетворяли многих ученых, говорит Лехмер: «Сложно представить себе атмосферу в подобном состоянии. Любая атмосфера, которую мы наблюдаем на планетах, хорошо перемешана». Поэтому Лехмер и его коллеги провели новое исследование и связали окисление метеоритов с углекислым газом, а не с кислородом. Оба газа могут являться окислителями, хотя свободный кислород реагирует намного быстрее, чем кислород, связанный в СО2. Чтобы проверить, насколько хорошо углекислый газ может окислять быстро движущиеся микрометеориты, команда смоделировала падение в атмосфере около 15 000 бит космической пыли размером от 2 до 500 микрон. Концентрация углекислого газа при этом менялась от 2% до 85% от общего объема. Атмосфера, состоящая, по меньшей мере, из 70% углекислого газа, могла бы окислить микрометеориты. Данный вывод согласуется с другими данными, полученными в ходе анализа древних почв. Подобный состав атмосферы, да еще и с добавлением метана, мог создать теплый мир, в котором океаны не могли замерзнуть, несмотря на холодное молодое Солнце.