În timpul Hadean Eon, cu aproximativ 4,5 miliarde de ani în urmă, lumea era un loc mult diferit decât în prezent. De asemenea, în această perioadă, activitatea de depășire și vulcanică a produs atmosfera primordială compusă din dioxid de carbon, hidrogen și vapori de apă.
Puțin din această atmosferă primordială rămâne, iar dovezile geotermale sugerează că atmosfera Pământului a fost complet eliminată cel puțin de două ori de la formarea sa, cu mai bine de 4 miliarde de ani în urmă. Până de curând, oamenii de știință nu erau siguri cu privire la ce ar fi putut provoca această pierdere.
Dar un nou studiu realizat de MIT, ebraica Univeristy și Caltech indică faptul că bombardamentul intens de meteoriți în această perioadă ar fi putut fi responsabil.
Acest bombardament meteoric ar fi avut loc aproximativ în același timp în care s-a format Luna. Bombardarea intensă a rocilor spațiale ar fi aruncat nori de gaz cu suficientă forță pentru a elimina permanent atmosfera în spațiu. Astfel de impacturi ar fi putut să distrugă și alte planete și chiar să îndepărteze atmosfera lui Venus și Marte.
De fapt, cercetătorii au descoperit că planetele mici pot fi mult mai eficiente decât impactorii mari - precum Theia, a cărei coliziune cu Pământul se crede că a format Luna - în conducerea pierderilor atmosferice. Pe baza calculelor lor, ar fi nevoie de un impact uriaș pentru a dispersa cea mai mare parte a atmosferei; dar luate împreună, multe impacturi mici ar avea același efect.
Hilke Schlichting, profesor asistent în Departamentul MIT pentru Pământ, Științe atmosferice și planetare, spune că înțelegerea factorilor motori ai atmosferei antice a Pământului îi poate ajuta pe oamenii de știință să identifice condițiile planetare timpurii care au încurajat viața să se formeze.
„[Această constatare] stabilește o condiție inițială foarte diferită pentru cum era cel mai probabil atmosfera timpurie a Pământului”, spune Schlichting. „Ne oferă un nou punct de plecare pentru a încerca să înțelegem care a fost compoziția atmosferei și care au fost condițiile pentru dezvoltarea vieții.”
Ba mai mult, grupul a examinat cât de multă atmosferă a fost reținută și pierdută în urma impactului cu corpuri uriașe, mărite pe Marte și cu impacturi mai mici, care măsoară 25 de kilometri sau mai puțin.
Ceea ce au descoperit a fost că o coliziune cu un impact atât de masiv ca Marte ar avea efectul necesar de a genera o undă de șoc masivă prin interiorul Pământului și de a ejecta o fracțiune semnificativă din atmosfera planetei.
Cu toate acestea, cercetătorii au stabilit că un astfel de impact nu s-a produs probabil, deoarece ar fi transformat interiorul Pământului într-o suspensie omogenă. Având în vedere aspectele diverse observate în interiorul Pământului, un astfel de eveniment nu pare să fi avut loc în trecut.
O serie de impactori mai mici, în schimb, ar genera o explozie de feluri, eliberând un plumb de resturi și gaze. Cel mai mare dintre acești impactori ar fi suficient de puternic pentru a elimina tot gazul din atmosferă imediat deasupra zonei de impact. Doar o parte din această atmosferă s-ar pierde în urma impacturilor mai mici, dar echipa estimează că zeci de mii de mici impactori ar fi putut să o scoată.
Un astfel de scenariu s-a produs probabil cu 4.5 miliarde de ani în urmă în timpul Eonului Hadean. Această perioadă a fost una din haosul galactic, deoarece sute de mii de roci spațiale au învârtit în jurul sistemului solar și se crede că mulți s-au ciocnit cu Pământul.
„Cu siguranță, am avut toate aceste impacturi mai mici atunci”, spune Schlichting. "Un impact mic nu poate scăpa de cea mai mare parte a atmosferei, dar colectiv, sunt mult mai eficiente decât impacturile gigantice și ar putea elimina cu ușurință toată atmosfera Pământului."
Cu toate acestea, Schlichting și echipa ei și-au dat seama că efectul sumei impactului mic poate fi prea eficient la conducerea pierderilor atmosferice. Alți oameni de știință au măsurat compoziția atmosferică a Pământului în comparație cu Venus și Marte; și în comparație cu Venus, gazele nobile ale Pământului au fost epuizate de 100 de ori. Dacă aceste planete ar fi fost expuse la același blitz al micilor impactori din istoria lor timpurie, atunci Venus nu ar mai avea atmosferă astăzi.
Ea și colegii ei s-au întors pe scenariul cu un mic impact pentru a încerca să dea socoteală pentru această diferență în atmosfera planetară. Pe baza unor calcule suplimentare, echipa a identificat un efect interesant: odată ce jumătatea unei atmosfere a planetei a fost pierdută, devine mai ușor pentru micii impactori să elimine restul de gaz.
Cercetătorii au calculat că atmosfera lui Venus ar trebui să înceapă doar ceva mai masiv decât Pământul pentru ca micii impactori să erodeze prima jumătate a atmosferei Pământului, păstrând în același timp Venus „intactă”. Din acel moment, Schlichting descrie fenomenul ca un „proces fugit - odată ce reușești să scapi de prima jumătate, a doua jumătate este și mai ușoară.”
Aceasta a dat naștere unei alte întrebări importante: Ce a înlocuit în cele din urmă atmosfera Pământului? În urma unor calcule suplimentare, Schlichting și echipa sa au descoperit aceiași factori care, de asemenea, gazul evacuat ar fi putut introduce noi gaze sau volatile.
„Când se produce un impact, acesta topește planetesimal, iar volatilele sale pot intra în atmosferă”, spune Schlichting. „Ei nu numai că pot să se epuizeze, dar pot reface o parte din atmosferă.”
Grupul a calculat cantitatea de volatile care poate fi eliberată de o rocă cu o compoziție și o masă dată și a constatat că o parte semnificativă a atmosferei ar fi putut fi completată de impactul a zeci de mii de roci spațiale.
„Numerele noastre sunt realiste, având în vedere ceea ce știm despre conținutul volatil al diferitelor roci pe care le avem”, notează Schlichting.
Jay Melosh, profesor de științe terestre, atmosferice și planetare la Universitatea Purdue, spune că concluzia lui Schlichting este una surprinzătoare, deoarece majoritatea oamenilor de știință au presupus că atmosfera Pământului a fost eliminată de un singur impact uriaș. El spune, alte teorii, invocă un flux puternic de radiații ultraviolete de la soare, precum și un „vânt solar neobișnuit de activ”.
„Cum Pământul și-a pierdut atmosfera primordială a fost o problemă de lungă durată, iar această lucrare merge mult spre rezolvarea acestei enigme”, spune Melosh, care nu a contribuit la cercetare. „Viața a început pe Pământ despre această perioadă și, așadar, răspunzând la întrebarea despre cum a fost pierdută atmosfera ne spune despre ce ar fi putut da startul vieții.”
Pe viitor, Schlichting speră să examineze mai îndeaproape condițiile care stau la baza formării timpurii a Pământului, inclusiv interacțiunea dintre eliberarea de volatile de la micii impactori și din vechiul ocean magma al Pământului.
„Vrem să conectăm aceste procese geofizice pentru a determina care a fost compoziția cea mai probabilă a atmosferei la momentul zero, când Pământul tocmai s-a format, și să sperăm să identificăm condițiile pentru evoluția vieții”, spune Schlichting.
Schlichting și colegii ei și-au publicat rezultatele în ediția din februarie a revistei Icarus.
