Как сблъсъците на астероиди и комети забавиха еволюцията на атмосферата

Екип, ръководен от Югозападния изследователски институт, актуализира моделите на планетарно бомбардиране с най-новата геоложка информация и след това приложи тези модели, за да разбере как ефектите са повлияли на нивата на атмосферния кислород на Земята през архейския период, преди 2,5 до 4 милиарда години. Тази художествена концепция илюстрира наличието на големи астероиди, проникващи в бедната на кислород атмосфера на Земята. Кредит: SwRI/Дан Дурда, Симоне Марчи

Проучването установи, че сблъсъците, които спряха растежа на кислорода на планетата, са по-чести, отколкото се смяташе досега.

Преди между 2,5 и 4 милиарда години, време, известно като архейския еон, времето на Земята често може да бъде описано като облачно с възможност за астероид.

По това време не е било необичайно астероиди или комети да удрят Земята. Всъщност най-големият от тях, широк повече от шест мили, промени химията на ранната атмосфера на планетата. Въпреки че всичко това е общоприето от геолозите, това, което не е добре разбрано, е колко често тези големи астероиди ще се сблъскат и как ефектите от ударите са се отразили на атмосферата, по-специално нивата на кислород. Екип от изследователи сега смята, че имат някои отговори.

В ново проучване Надя Драпон, асистент по земни и планетарни науки в Харвардския университет, беше част от екип, който анализира остатъци от древни астероиди и моделира ефектите от техните сблъсъци, за да покаже, че ударите се случват по-често, отколкото се смяташе досега, и може да са били забавени, когато кислородът започна да се натрупва на планетата. Новите модели биха могли да помогнат на учените да разберат по-точно кога планетата е започнала пътя си към Земята, която познаваме днес.

„Свободният кислород в атмосферата е от решаващо значение за всеки организъм, който използва дишането за производство на енергия“, каза Драпон. „Ако не беше натрупването на кислород в атмосферата, вероятно нямаше да съществуваме.“

Екип, ръководен от Югозападния изследователски институт, актуализира модели на планетарни бомбардировки, за да разбере как големи въздействия, като този, показан тук, са повлияли на нивата на кислород в земната атмосфера през архейския период, преди 2,5 до 4 милиарда години. Кредит: SwRI / Simone Marchi

Работата е описана в естествени науки за Земята Той беше ръководен от Саймън Марчи, учен от Югозападния изследователски институт в Боулдър, Колорадо.

Изследователите откриха, че настоящите модели на планетарно бомбардиране подценяват колко често астероиди и комети се сблъскват със Земята. Новият висок процент на сблъсък показва, че сблъсъците удрят планетата приблизително на всеки 15 милиона години, около 10 пъти по-високо от настоящите модели.

Учените разбраха това, след като анализираха записи на това, което изглеждаше като обикновени скални парчета. Това всъщност е древно доказателство, известно като ударни топки, които се образуват при огнени сблъсъци всеки път, когато големи астероиди или комети ударят планетата. В резултат на това енергията от сблъсъка стопи скалистия материал в земната кора и го изпари, отприщвайки гигантски струя. Малки капчици от разтопена скала в този облак се кондензират и втвърдяват, падат обратно на земята като частици с размер на пясък, които се утаяват обратно върху земната кора. Тези древни белези са трудни за намиране, защото образуват слоеве в скалата, които обикновено не са по-големи от един инч.

„По принцип ходите на дълги разходки и разглеждате всички скали, които можете да намерите, защото ударните частици са толкова малки“, каза Драпон. „Наистина ми липсваха толкова лесно.“

Проучване, ръководено от SwRI, актуализира модели на бомбардиране, базирани на малки стъклени частици, известни като ударни сфери, които запълват няколко тънки отделни слоя в земната кора, вариращи на възраст от около 2,4 до 3,5 милиарда години. Слоеве от глобули – като този, който се вижда в този 5-сантиметров екземпляр на 2,6 милиарда години от Австралия – са признаци на древни сблъсъци. Кредит: С любезното съдействие на UCLA/Скот Хаслер и Оберлин/Брус Симонсън

Но учените, като Драпон, получиха своите почивки. „През последните две години бяха открити доказателства за редица допълнителни ефекти, които не са били признати преди“, каза тя.

Тези нови глобуларни слоеве увеличиха общия брой на известните сблъсъци по време на ранната Земя. Това позволи на екипа на Югозападния изследователски институт да актуализира своите модели на бомбардиране, за да установи, че степента на сблъсък е била подценена.

След това изследователите моделираха как всички тези ефекти могат да повлияят на атмосферата. По същество, те откриха, че кумулативните ефекти от сблъсъците на метеорити с обекти с размер над шест мили вероятно са създали поглъщане на кислород, което абсорбира по-голямата част от кислорода от атмосферата.

Резултатите са в съответствие с геоложкия запис, който показва, че нивата на атмосферния кислород варират, но остават сравнително ниски в ранния археологически период. Това беше така до преди около 2,4 милиарда години, в края на този период от време, когато бомбардировката се забави. Тогава Земята претърпя голяма промяна в химията на повърхността, причинена от повишаването на нивата на кислород, известно като Голямото окислително събитие.

„С течение на времето сблъсъците ставаха все по-редки и твърде малки, за да могат значително да променят нивата на кислород след GOE“, каза Марки в изявление. „Земята беше на път да се превърне в настоящата планета.“

Драпон каза, че следващите стъпки в проекта включват тестване на работата им по моделиране, за да видят какво могат да проектират в самите скали.

„Можем ли всъщност да проследим в скалния запис как кислородът е бил абсорбиран от атмосферата?“ — попита Драпун.

Справка: „Късно и променливо атмосферно окисление поради по-висока степен на сблъсък на Земята“ от S.Marchi, N. Drapon, T. Schulz, L. Schaefer, D. Nesvorny, WF Bottke, C. Koeberl и T. Lyons, октомври 21 2021 г., естествени науки за Земята.
DOI: 10.1038 / s41561-021-00835-9