Mici meteoriți sugerează că Pământul antic avea o atmosferă bogată în dioxid de carbon

Atmosfera Pământului în urmă cu 2,7 miliarde de ani ar fi putut fi reprezentată de mai mult de două treimi de dioxid de carbon. Această constatare provine dintr-un nou studiu care simulează modul în care atmosfera antică ar fi putut interacționa cu bucăți de praf cosmic care cădeau prin cer.

O astfel de atmosferă bogată în dioxid de carbon ar fi putut, de asemenea, să fi creat un puternic efect de seră, sugerează cercetătorii pe 22 ianuarie în Progresele științei. Aceasta, la rândul său, ar putea ajuta la răspunsul unei enigme vechi de zeci de ani, cunoscută sub numele de „paradoxul soarelui tânăr și slab:” cum ar fi putut exista oceane lichide pe Pământ când soarele era cu aproximativ 30% mai slab decât este acum (SN: 18/04/13)

Estimările pentru dioxidul de carbon atmosferic în timpul Eonului Archean, care a durat de la 4 miliarde până la 2,5 miliarde de ani în urmă, variază foarte mult. „Estimările actuale se întinde pe aproximativ trei ordine de mărime, de la aproximativ 10 ori mai mult decât acum până la o mie de ori mai mult”, spune Owen Lehmer, astrobiolog la Universitatea Washington din Seattle. Așa că oamenii de știință au căutat date care pot micșora acest interval.

Intrați într-un grup de 59 de micrometeoriți găsiți încorporați în calcar vechi de 2,7 miliarde de ani din regiunea Pilbara din nord-vestul Australiei. Acești meteoriți păstrați cu grijă au fost descriși pentru prima dată într-un studiu din 2016 în Naturăși sunt încă cei mai vechi meteoriți fosile găsiți vreodată, cu aproximativ 900.000 de ani. Ca atare, ele oferă o privire rară în atmosfera unei lumi pierdute.

Bucățile minuscule de rocă, nu mai late decât un păr uman, au străbătut atmosfera Pământului antic. Fabricați din fier și nichel, micrometeoriții s-au încălzit în timp ce s-au prăbușit, topindu-se și apoi înghețând înainte de a ateriza în ocean și de a se scufunda pe fundul mării. Acolo, au fost îngropați încet în calcar.

În timpul stării lor scurte, parțial topit, micrometeoriții au reacționat chimic cu atmosfera Pământului. Unele gaze atmosferice – fie oxigen sau dioxid de carbon – au oxidat fierul, strângându-i electronii și transformând mineralele originale în minerale noi.

Pe baza analizelor chimice a peste o duzină de micrometeoriți, studiul original din 2016 a sugerat că gradul de oxidare a fierului indică o atmosferă superioară surprinzător de bogată în oxigen, acum 2,7 miliarde de ani, care nu este diferită de oxigenul de 20% actual.

Dar acest răspuns nu a fost niciodată pe deplin satisfăcător, spune Lehmer.

Pe baza datelor culese din afloririle arheene, oamenii de știință sunt, în general, de acord că în atmosferă a existat foarte puțin oxigen chiar la suprafața Pământului în timpul Archeanului. Deci, mult oxigen mult mai sus ar însemna o stratificare asemănătoare unui tort stratificat, cu două compoziții atmosferice foarte diferite la altitudini diferite.

„Nu este clar că este imposibil, dar este dificil să ne imaginăm o atmosferă în această stare”, spune Lehmer. „Fiecare atmosferă pe care o putem vedea pe planetele terestre este bine amestecată”, amestecate împreună de vârtejuri și vârtejuri și fluxuri haotice de aer. „Amestecarea turbulentă împiedică apariția acestei stratificări.”

Așa că Lehmer și colegii săi au decis să abordeze elefantul din cameră. Ce se întâmplă dacă dioxidul de carbon, mai degrabă decât oxigenul, ar fi responsabil pentru oxidarea fierului? Ambii pot fi oxidanți, deși oxigenul liber reacționează mult mai repede decât oxigenul legat în CO2. Totuși, spune Lehmer, „dacă nu poți avea o atmosferă stratificată, este rezonabil să crezi că a existat puțin sau deloc oxigen”.

Pentru a testa cât de bine ar putea oxida dioxidul de carbon micrometeoriții cu mișcare rapidă, echipa a simulat călătoriile a aproximativ 15.000 de biți de praf cosmic, cu dimensiuni variind de la doi la aproximativ 500 de microni, pe măsură ce au intrat în atmosfera Pământului și s-au arcuit spre pământ. Bucățile minuscule de rocă au pătruns din diferite unghiuri și s-au mișcat cu viteze diferite, modificând cât de mult s-ar putea topi. Și echipa a făcut ca rocile să treacă prin atmosfere cu o gamă de concentrații de dioxid de carbon, de la 2 la 85 la sută în volum.

Simulările sugerează că o atmosferă formată din cel puțin 70% dioxid de carbon ar fi putut oxida micrometeoriții, mai degrabă decât o atmosferă stratificată cu un strat atmosferic superior îmbogățit în oxigen. Acest lucru este, de asemenea, în concordanță cu alte linii de dovezi care sugerează o atmosferă dominată de dioxid de carbon în timpul Archeanului, inclusiv analize ale solurilor antice deteriorate de roci, spune echipa.

Un astfel de CO2-atmosfera îmbogățită, împreună cu o doză sănătoasă de gaz metan și mai puternic cu efect de seră, ar fi putut crea, de asemenea, o lume caldă, cu efect de seră. Asta ar putea face din el răspunsul mult căutat la paradoxul slab al soarelui tânăr.

„Poate că nu rezolvă întregul puzzle. Dar pune o piesă importantă în loc”, spune Lehmer.

„Au un motiv”, spune planetarist Matthew Genge de la Imperial College London, coautor al lucrării din 2016. Natură studiu. Genge recunoaște că ideea că ar fi putut exista o atmosferă stratificată a fost surprinzătoare chiar și atunci. Dar „Cred că juriul nu este încă în discuție” dacă oxigenul sau dioxidul de carbon au fost responsabil pentru oxidarea prafului cosmic, spune el.

Simulările echipei lui Lehmer sugerează CO2 ar fi putut reacționa suficient de repede cu fierul pentru a oxida straturile exterioare ale rocilor sau chiar pentru a le oxida complet. Dar astfel de simulări ale timpilor de reacție „sunt un caz ideal”, spune Genge. „În aceste condiții, reacțiile sunt cât mai rapide posibil”, dar astfel de reacții rapide s-ar putea să nu fie realiste. Mai multe analize chimice ale micrometeoriților actuali pot ajuta oamenii de știință să stabilească limite realiste pentru simulări.

Minunea este că „există roci mici care ne permit să facem geologie în atmosferă atât de departe de pământ”, spune Genge. „Este incitant că aceste particule minuscule, care încă cad peste tot în jurul nostru, ne permit să privim atât de departe în timp.”