В aрxeйскиx вулкaничeскиx бaзaльтoвыx пoрoд, вoзрaст 2,74 миллиaрдa лeт сoxрaнились oстaтки пузырькoв гaзa, зaxвaчeнныx из oкружaющeй срeды жидкoсти лaвы. Мeждунaрoднaя группa гeoфизикoв, сoсрeдoтoчив внимaниe нa рaзмeр этиx слeдoв, рaссчитaл aтмoсфeрнoe дaвлeниe в дрeвнeй плaнeты. Oн пoявился двa рaзa мeньшe, чeм сoврeмeнный. Пo мнeнию учeныx, стoль низкoe дaвлeниe связaнo с мaлым кoличeствoм aзoтa в aрxeйскoй aтмoсфeрe. Низкaя плoтнoсть aтмoсфeры oзнaчaeт, чтo вaжныe oсoбeннoсти xимичeскиx прoцeссoв и должны быть скорректированы. Кроме того, раньше считалось, что потепление на планете был обусловлен высоким поглощением инфракрасного излучения плотной атмосфере. Новые данные заставляют пересмотреть эту гипотезу. Скорее всего замена высокой концентрации газов, создающих парниковый эффект, предположительно, метана.
Трудно себе представить тему более соблазнительной, но не менее доступный для изучения, что начало жизни на земле. Основной проблемой здесь является не отсутствие идей, и на редкость надежный материал свидетельство прошлых веков. Это архее, то есть о времена, около 3,8 2,7 миллиарда лет назад. С тех пор, мало что осталось в бурной истории планетарных преобразований. Самое ценное, что твердые крупицы фактической информации, на основе которых вы можете строить здания проверяемых гипотез. Новый блок такой информации использовали ученые Вашингтонского университета вместе с коллегами из Университета Западной Австралии, Музей природы и науки в Денвере (США) для реконструкции древней атмосферы Земли. Их выводы заставляют серьезно пересмотреть или, по крайней мере, задуматься о решении сегодня гипотетический портрет древней Земле.
Эта команда уже несколько лет занимается изучением архейских отложений в регионе Пилбара (Пилбара в Австралии. В данном случае, они работали с рок обучения бунгало (Boongal Formation). Возраст этих отложений оценивается как поздний архей, то есть 2,75 млрд лет. Это довольно интересный возраст: атмосфера планеты, в течение этого периода, не слишком далеко вышел из своего состояния в начале жизни на земле. По крайней мере, до начала кислорода революции оставалось еще 300 миллионов лет назад.
В образование, в бунгало есть слои вулканических мест, как показывают особенности их конструкции, формировавшихся в прибрежной полосе моря. Для геологов, что означает, что языки застывали на поверхности земли, а не под землей или под слоем воды на океаническом дне, и нулевой высоте над уровнем моря, а не в километрах от кратера. Это типа пятна старые пейзажи и взял в руки ученых, чтобы решить проблему измерения атмосферного давления. Если все остальные параметры неизвестны — сомнительно, восстановленные вышележащие слои земных пород, или в глубине океана, или высота над уровнем моря — проблема была решена, было бы в лучшем случае, с большим допуском, но да, не колеблясь, было бы ничего. Но для выбранных палеоландшафтов эти факторы, можно было пренебречь.
Материальной основой для реконструкций были следы пузырьков газа, захваченных лавы потоков атмосферы при застывании. Конечно, за миллиарды лет, с тех пор больше в атмосфере, эти пузыри почти ничего. Они заместились элементы материнской породы и вторичных минералов, что делает его пятно другого цвета, состава и текстуры. Но, тем не менее, осталась неизменной своей круглой форме. Если сама порода деформирована или по какой-то причине, я чувствовала себя дополнительное давление, пузыри бы сплющились, появились микротрещины. И поскольку не существует ни один, ни другой, таким образом, размер пузырьков, пятен не изменилась на протяжении всей истории преобразования пород. Таким образом, опираясь на размер пятна, можно рассчитать и давление, в котором они были сформированы. Размер пузырей на поверхности лавы регулируется только атмосферное давление, а с увеличением глубины лавового потока к атмосферному давлению добавляется давление от самого лавового материала. У поверхности пузырьки больше, внизу — меньше. Зная, что разница в размере пузырей на различных глубинах и параметры вулканического материала, что ограничивает давление в колонке потока, можно оценить давление атмосферное. Этот метод уже был успешно испытан для того чтобы измерить атмосферное давление на разных высотах над уровнем моря, для более молодых вулканических отложений Турции и Китая.
Следы пузырьков газа в породах базальт подготовки бунгало. Стрелка показывает след с концентрическими кругами, подтверждающие постепенное и последующего наполнения пузыря. Как следы округлые и трещины вокруг пузырьков не видно. Длина шкалы отрезка 1 см. Фото, обсуждение статьи в Nature
Вот, поэтому размер пузыря в разных слоях вулканического базальта, вот сила вулканических слоев с пузырями, вот плотность базальтового расплава. Из этих данных легко вычислить давление старой атмосфере: 0,23±0,23 атм. Для оценки достоверности столь низких значений не легко. Но ученые сообщили о своих результатах предыдущих (S. M. Звук, et al., 2012. Air density 2.7 billion years ago limited to less than twice modern levels by fossil raindrop imprints), которые были сделаны на основе изучения следов древних дождевых капель, выдерживая даже архейских слоев. Когда известный романтические отношения, можете себе представить, как в безветрии падают на черный серый капли дождя, покрывая его оспинами влажные отверстия, в воздухе пахнет нашатырной свежесть, метановое тишина нарушается визгливым перестуком капель. Этот старый инталия герметичный слоев тонкого порошка, чтобы всегда держал в камень, прошлое, память о дожде.
Но сухие физические расчеты оставить за скобками, изумление перед чудом природы, принимая во внимание только глубина отверстия, из тех капель дождя. Вы можете измерить, и эти меры, чтобы оценить скорость падения капель, и, зная, что это скорость, пойти на плотность атмосферы. Капли дождя, дал значение давления порядка 0,52–1,1 атм, при этом, более вероятно, что ученый виделась нижней оценки на 0,52 атм, но не более 1,1 атм. С учетом старой и новой была принята в среднем 0,5 атм в атмосферу позднего архея. Низкое атмосферное давление объясняется значительно более низким содержанием азота она. В отсутствие кислорода сопротивление магматических пород и их количество должно быть по крайней мере размером в половину современной обстановке. Предположительно, азот присутствует в атмосфере в виде аммиачных и цианистых соединений.
Что дает столь низкое атмосферное давление на ремонт других, опосредованных, условия древней Земли? Известно, что в настоящее время на планете существовало текучая, не замерзшей воды, оледенения не было. Низкой освещенности Солнцем, — и он был, то, примерно, на 20% больше, бледно-современная, некоторые условия должны были обеспечить сохранение тепла. Считалось, что такие утеплителями могут служить плотная атмосфера, поглощающая инфракрасное излучение, и высоким содержанием углекислого газа, обеспечивающим парниковый эффект. Но если атмосфера из этого списка, забастовки, остается только двуокись углерода. И ее доля в атмосферу, согласно сообщениям, была не такой высокой, чтобы поддерживать из-за потепления планеты. Значит, главная роль в этом процессе принадлежала к другим парниковым газам, например метану.
Кроме того, низкое атмосферное давление, предполагает, что вода закипала при существенно более низкой температуре 58°С. Значит, скорость и направление химических процессов отличается от сегодня. Также были разными, и скорость фотохимической реакции фракционирования изотопов серы (см. Mass-independent fractionation), работающих под действием ультрафиолета. По всей вероятности, потребуются новые расчеты, масс-независимого фракционирования подкорректированными атмосферных параметров. В конце концов, на них основывается большая часть рассуждений о погодных условиях и жизни на старой планете.
Источники:
1) Sanjoy M. Звук, Roger Buick), Джеймс (james W. Hagadorn, Тим S. Blake, John M. Perreault, Jelte Стр. Harnmeijer and David C. Catling. Earth’s air pressure 2.7 billion years ago ограничением to less than half of modern levels // Nature Geoscience. Published online, 09 Мая 2016 года. DOI: 10.1038/ngeo2713.
2) Sanjoy M. Звук, David C. Catling, Jelte Стр. Harnmeijer, Peter M. Polivka, Roger Buick. Air density 2.7 billion years ago limited to less than twice modern levels by fossil raindrop imprints // Nature. 2012. Ст. 484. Стр. 359-362. DOI: 10.1038/nature10890.
Елена Наймарк
