Hādes laikmeta laikā, apmēram pirms 4,5 miljardiem gadu, pasaule bija daudz savādāka nekā šodien. Šajā laikā arī izplūdes gāze un vulkāniskā aktivitāte radīja pirmatnējo atmosfēru, ko veidoja oglekļa dioksīds, ūdeņradis un ūdens tvaiki.
No šīs pirmatnējās atmosfēras ir palicis maz, un ģeotermālie dati liecina, ka Zemes atmosfēra varētu būt pilnībā iznīcināta vismaz divas reizes kopš tās veidošanās vairāk nekā pirms 4 miljardiem gadu. Vēl nesen zinātnieki nebija pārliecināti par to, kas varēja izraisīt šo zaudējumu.
Bet jauns MIT, ebreju universitātes un Caltech pētījums norāda, ka intensīva meteorītu bombardēšana šajā periodā, iespējams, ir bijusi atbildīga.
Šī meteoroloģiskā bombardēšana būtu notikusi aptuveni tajā pašā laikā, kad izveidojās Mēness. Intensīva kosmosa iežu bombardēšana būtu izraisījusi gāzes mākoņus ar pietiekamu spēku, lai atmosfēru varētu pastāvīgi izvadīt kosmosā. Iespējams, ka šāda ietekme ir uzspridzinājusi citas planētas un pat nolobījusi Venēras un Marsa atmosfēru.
Faktiski pētnieki atklāja, ka mazie plaknes simboli var būt daudz efektīvāki nekā lielie triecienelementi - piemēram, Theia, kura, domājams, ka sadursme ar Zemi ir izveidojusi Mēnesi - atmosfēras zuduma samazināšanā. Balstoties uz viņu aprēķiniem, atmosfēras izkliedēšanai būs milzīga ietekme; bet kopā ņemot, daudziem maziem efektiem būtu tāda pati ietekme.
Hilke Schlichting, MIT Zemes, atmosfēras un planētu zinātņu katedras docente, saka, ka Zemes senās atmosfēras virzītāju izpratne var palīdzēt zinātniekiem identificēt agrīnos planētas apstākļus, kas mudināja veidoties dzīvībai.
"[Šis atradums] izvirza ļoti atšķirīgus sākotnējos nosacījumus tam, kāda, visticamāk, bija Zemes agrīnā atmosfēra," saka Šlīčings. "Tas mums dod jaunu sākumpunktu, lai mēģinātu saprast, kāds bija atmosfēras sastāvs un kādi bija dzīves attīstības nosacījumi."
Turklāt grupa pārbaudīja, cik atmosfēra tika saglabāta un zaudēta pēc triecieniem ar milzu, Marsa lieluma un lielākiem ķermeņiem un ar mazākiem triecienelementiem, kuru izmērs bija 25 kilometri vai mazāk.
Viņi atklāja, ka sadursmei ar tik masīvu triecienelementu kā Marsam būtu nepieciešamais efekts, kas izraisītu masīvu triecienvilni pa Zemes iekšieni un, iespējams, izmestu ievērojamu daļu planētas atmosfēras.
Tomēr pētnieki secināja, ka šāda ietekme, visticamāk, nav notikusi, jo tā Zemes iekšieni būtu pārvērtusi par viendabīgu vircu. Ņemot vērā dažādo elementu parādīšanos Zemes iekšienē, šķiet, ka šāds notikums nav noticis pagātnē.
Turpretī mazāku triecienelementu sērija izraisītu veida eksploziju, atbrīvojot gružu un gāzes daudzumu. Lielākais no šiem triecienelementiem būtu pietiekami spēcīgs, lai izmestu visu gāzi no atmosfēras, kas atrodas tieši virs trieciena zonas. Tikai neliela daļa šīs atmosfēras tiktu zaudēta pēc mazākiem triecieniem, taču komanda lēš, ka desmitiem tūkstošu mazu triecienelementu varēja to novilkt.
Šāds scenārijs, visticamāk, notika pirms 4.5 miljardiem gadu Hades eona laikā. Šis periods bija viens no galaktiskā haosa, jo simtiem tūkstošu kosmosa iežu virpuļoja ap Saules sistēmu un tiek uzskatīts, ka daudzi ir sadūrušies ar Zemi.
"Protams, mums toreiz bija visi šie mazākie triecienelementi," saka Šlicičings. "Ar vienu nelielu triecienu nevar atbrīvoties no lielākās daļas atmosfēras, bet kopumā tie ir daudz efektīvāki nekā milzu triecieni un var viegli izgrūst visu Zemes atmosfēru."
Tomēr Schlichting un viņas komanda saprata, ka nelielu triecienu summa var būt pārāk efektīva, samazinot atmosfēras zudumus. Citi zinātnieki ir izmērījuši Zemes atmosfēras sastāvu, salīdzinot ar Venēru un Marsu; un salīdzinājumā ar Venēru Zemes cēlgāzes ir iztērētas simtkārtīgi. Ja šīs planētas savā agrīnajā vēsturē būtu bijušas pakļautas tādam pašam mazo triecienelementu blitzam, tad Venērai šodien nebūtu atmosfēras.
Viņa un viņas kolēģi devās atpakaļ uz mazā triecienelementa scenāriju, lai mēģinātu ņemt vērā šīs atšķirības planētu atmosfērā. Balstoties uz turpmākiem aprēķiniem, komanda identificēja interesantu efektu: Kad puse planētas atmosfēras ir zaudēta, maziem triecienelementiem kļūst daudz vieglāk izvadīt pārējo gāzi.
Pētnieki aprēķināja, ka Venēras atmosfērai vajadzētu sākties tikai nedaudz masīvākai nekā Zemei, lai mazie triecienelementi iznīcinātu Zemes atmosfēras pirmo pusi, vienlaikus saglabājot Venēras neskartu. Sākot no šī brīža, Schlichting šo fenomenu raksturo kā “bēguļojošu procesu - tiklīdz jums izdodas atbrīvoties no pirmās puses, otrā puse ir vēl vienkāršāka”.
Tas izraisīja vēl vienu svarīgu jautājumu: kas galu galā aizstāja Zemes atmosfēru? Veicot turpmākus aprēķinus, Šlicihe un viņas komanda atrada tos pašus triecienelementus, no kuriem izplūda arī gāze, iespējams, ir ieviesušas jaunas gāzes vai gaistošas vielas.
“Kad notiek trieciens, tas izkausē plakanu izmēru, un tā gaistošās vielas var nonākt atmosfērā,” saka Šlīčings. "Viņi ne tikai noārda, bet arī papildina daļu atmosfēras."
Grupa aprēķināja gaistošo vielu daudzumu, ko var izdalīt noteikta sastāva un masas ieži, un konstatēja, ka ievērojamu atmosfēras daļu var papildināt desmitiem tūkstošu kosmosa iežu ietekme.
"Mūsu skaitļi ir reālistiski, ņemot vērā to, ko mēs zinām par dažādu mūsu iežu nepastāvīgo saturu," atzīmē Šlīčings.
Džejs Melošs, Purdue universitātes zemes, atmosfēras un planētu zinātņu profesors, saka, ka Šliciča secinājums ir pārsteidzošs, jo vairums zinātnieku ir pieņēmuši, ka Zemes atmosfēru iznīcināja vienots, milzīgs trieciens. Citas teorijas, viņš saka, atsaucas uz spēcīgu ultravioletā starojuma plūsmu no saules, kā arī uz “neparasti aktīvu saules vēju”.
“Tas, kā Zeme zaudēja savu pirmatnējo atmosfēru, ir bijusi ilgstoša problēma, un šis raksts ir tāls ceļš, lai atrisinātu šo mīklainu,” saka Melošs, kurš nav veicinājis pētījumu. "Dzīve uz Zemes sākās apmēram šajā laikā, un, atbildot uz jautājumu par to, kā tika pazaudēta atmosfēra, stāsta par to, kas varētu būt aizsācis dzīvības izcelsmi."
Turpinot darbu, Schlichting cer rūpīgāk izpētīt apstākļus, kas ir Zemes agrīnās veidošanās pamatā, ieskaitot mijiedarbību starp gaistošo vielu izdalīšanos no maziem triecienelementiem un no Zemes senās magmas okeāna.
"Mēs vēlamies savienot šos ģeofizikālos procesus, lai noteiktu, kāds bija visticamākais atmosfēras sastāvs nulles brīdī, kad Zeme tikko izveidojās, un, cerams, identificētu apstākļus dzīvības evolūcijai," saka Schlichting.
Schlichting un viņas kolēģi ir publicējuši savus rezultātus žurnāla Icarus februāra izdevumā.
