Атмосфера Земли 2,7 миллиарда лет назад, возможно, более чем на две трети состояла из углекислого газа. Это открытие было сделано в ходе исследования того, как древняя атмосфера взаимодействовала с частичками космической пыли, падающей с неба.
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.
