Počas Hadeanovho obdobia, asi pred 4,5 miliardami rokov, bol svet oveľa iné miesto ako dnes. To bolo tiež počas tohto obdobia, kedy odplyňovanie a sopečná aktivita vytvorili prapôvodnú atmosféru zloženú z oxidu uhličitého, vodíka a vodnej pary.
Málo z tejto prapôvodnej atmosféry zostáva a geotermálne dôkazy naznačujú, že atmosféra Zeme mohla byť úplne zničená najmenej dvakrát od jej vytvorenia pred viac ako 4 miliardami rokov. Až donedávna vedci nevedeli, čo by mohlo spôsobiť túto stratu.
Nová štúdia od MIT, hebrejskej univeristy a Caltech však naznačuje, že za toto obdobie mohlo byť zodpovedné intenzívne bombardovanie meteoritov.
Toto meteorické bombardovanie by sa odohralo približne v rovnakom čase, ako sa vytvoril Mesiac. Intenzívne bombardovanie kozmických hornín by vykopalo oblaky plynu s dostatočnou silou na trvalé vypustenie atmosféry do vesmíru. Takéto dopady mohli tiež odstreliť ďalšie planéty a dokonca odlúpiť atmosféru Venuše a Marsu.
Vedci v skutočnosti zistili, že malé planetesimály môžu byť oveľa účinnejšie pri veľkých atmosférických stratách ako veľké nárazové telesá - napríklad Theia, ktorej zrážka so Zemou vytvorila Mesiac. Na základe ich výpočtov by rozptýlenie väčšiny atmosféry malo obrovský vplyv; ale spolu by mnoho malých dopadov malo rovnaký účinok.
Hilke Schlichting, odborná asistentka na Katedre Zeme, Atmosférické a planetárne vedy MIT, hovorí, že pochopenie hnacích síl starej atmosféry Zeme môže pomôcť vedcom určiť počiatočné planetárne podmienky, ktoré povzbudili život k formovaniu.
„[Toto zistenie] nastavuje úplne odlišné počiatočné podmienky toho, ako bola atmosféra starej Zeme najpravdepodobnejšia,“ hovorí Schlichting. „Dáva nám to nový východiskový bod na to, aby sme sa snažili pochopiť, aké bolo zloženie atmosféry a aké boli podmienky pre rozvoj života.“
Skupina navyše preskúmala, koľko atmosféry sa zachovalo a stratilo po nárazoch s obrovskými, väčšími a väčšími telami a menšou nárazovou hlavicou merajúcou 25 km alebo menej.
Zistili, že zrážka s takou nárazovou hlavicou, ktorá je taká masívna ako Mars, by mala potrebný účinok, ktorý by vytvoril masívnu rázovú vlnu cez zemský povrch a potenciálne by vytlačil významnú časť atmosféry planéty.
Vedci však zistili, že k takémuto dopadu pravdepodobne nedošlo, pretože by z vnútra Zeme urobil homogénnu suspenziu. Vzhľadom na výskyt rôznych prvkov pozorovaných vo vnútri Zeme sa takáto udalosť v minulosti nezdala.
Naproti tomu rad menších nárazových hlavíc by spôsobil výbuch druhov, ktorý by uvoľnil oblak trosiek a plynu. Najväčší z týchto nárazových telies by bol dostatočne silný na to, aby mohol všetok plyn z atmosféry bezprostredne nad nárazovou zónou vytlačiť. Po menších vplyvoch by sa stratila iba časť tejto atmosféry, tím však odhaduje, že ju mohli odtlačiť desiatky tisíc malých nárazových hlavíc.
Takýto scenár sa pravdepodobne vyskytol pred 4,5 miliardami rokov počas obdobia Hadean Eon. Toto obdobie bolo jedným z galaktických chaosov, pretože stovky tisíc vesmírnych hornín sa točili okolo slnečnej sústavy a mnohí sa domnievajú, že sa zrazili so Zemou.
"Určite sme vtedy mali všetky tieto menšie nárazové prvky," hovorí Schlichting. „Jeden malý dopad sa nemôže zbaviť väčšiny atmosféry, ale celkovo je oveľa efektívnejší ako obrovský dopad a mohol by ľahko vyviesť celú zemskú atmosféru.“
Schlichting a jej tím si však uvedomili, že celkový efekt malých nárazov môže byť pri riadení atmosférických strát príliš účinný. Iní vedci merali atmosférické zloženie Zeme v porovnaní s Venušou a Marsom; a v porovnaní s Venušou sa vzácne plyny Zeme vyčerpali stokrát. Keby boli tieto planéty vo svojej ranej histórii vystavené rovnakému blesku malých nárazových telies, Venuša by dnes nemala atmosféru.
Spolu so svojimi kolegami sa vrátili k scénu s malým dopadom, aby sa pokúsili vysvetliť tento rozdiel v planétovej atmosfére. Na základe ďalších výpočtov tím identifikoval zaujímavý efekt: Keď sa stratí atmosféra planéty v polovici, pre malé nárazové hlavice bude oveľa jednoduchšie vypustiť zvyšok plynu.
Vedci vypočítali, že atmosféra Venuše by sa musela začať iba o niečo masívnejšia ako Zem, aby malé nárazové telesá narušili prvú polovicu zemskej atmosféry, zatiaľ čo Venuša zostane neporušená. Od tejto chvíle Schlichting popisuje tento jav ako „útek“ - ak sa raz dokážete zbaviť prvej polovice, druhá polovica je ešte jednoduchšia. “
To vyvolalo ďalšiu dôležitú otázku: Čo nakoniec nahradilo zemskú atmosféru? Na základe ďalších výpočtov našla Schlichting a jej tím rovnaké nárazové telesá, že unikajúci plyn mohol tiež zaviesť nové plyny alebo prchavé látky.
"Keď dôjde k nárazu, roztaví planétu a jeho prchavé látky môžu ísť do atmosféry," hovorí Schlichting. "Nielenže môžu vyčerpať, ale doplniť časť atmosféry."
Skupina vypočítala množstvo prchavých látok, ktoré sa môžu uvoľňovať horninou daného zloženia a hmoty, a zistila, že významná časť atmosféry sa mohla doplniť nárazom desiatok tisíc vesmírnych hornín.
"Naše čísla sú realistické, vzhľadom na to, čo vieme o prchavom obsahu rôznych hornín, ktoré máme," poznamenáva Schlichting.
Jay Melosh, profesor pozemských, atmosférických a planetárnych vied na Purdue University, hovorí, že Schlichtingov záver je prekvapivý, pretože väčšina vedcov predpokladala, že atmosféra Zeme bola potlačená jediným obrovským dopadom. Iné teórie, hovorí, vyvolávajú silný tok ultrafialového žiarenia zo slnka, ako aj „neobvykle aktívny slnečný vietor“.
„Ako Zem stratila svoju prvotnú atmosféru, je dlhodobým problémom a tento dokument ide k riešeniu tejto záhady dlhou cestou,“ hovorí Melosh, ktorý sa nezúčastnil výskumu. "Život sa na Zemi začal už teraz, a tak odpoveď na otázku, ako sa stratila atmosféra, nám hovorí o tom, čo mohlo odštartovať pôvod života."
V budúcnosti Schlichting dúfa, že dôkladnejšie preskúma podmienky, ktoré sú základom skorej formácie Zeme, vrátane súhry medzi uvoľňovaním prchavých látok z malých nárazových telies a zo starovekého magmatického oceánu Zeme.
"Chceme spojiť tieto geofyzikálne procesy, aby sme určili, aké bolo najpravdepodobnejšie zloženie atmosféry v čase nula, keď sa Zem práve formovala, a dúfajme, že určíme podmienky pre vývoj života," hovorí Schlichting.
Schlichting a jej kolegovia zverejnili svoje výsledky vo februárovom vydaní časopisu Icarus.
