Ранната Земя вероятно е имала умерен климат

Условията, съществували на ранната Земя отдавна са загадка. Но изследователи от НАСА и Университета във Вашингтон сега са разработили начин да преодолеят несигурните променливи на времето, откривайки, че нашата планета може да е предлагала умерена околна среда по-отдавна, отколкото се предполагаше.

Прилагайки тези открития и за други скалисти планети, изследователите стигат до извода, че времевата рамка и вероятността за съществуване на живот на други места е по-голяма от предполаганата досега.

Като се има предвид, че нямаме скали или други материали от първите 500 милиона години на Земята, оценките за условията на нашата планета през това време варират широко. Някои изобразяват ранната Земя, като разтърсвана от вулканични изригвания и бури с лава, докато други виждат свят, застинал и обвит в лед.

Историята на Земята продължава 4,5 милиарда години и оставя място за много геоложки фази, а „хората са използвали различни видове геохимически данни, за да постигнат някаква степен на представа за условията на повърхността на Земята“, заявява водещият автор на изследването Джошуа Крисансен-Тотън от Университета във Вашингтон.

Изследователите са се съсредоточили върху времето от преди 4 милиарда до 2,5 милиарда години, скоро след формирането на земната кора, атмосферата и океаните. Това всъщност е и времето, когато най-вероятно се е зародил животът на Земята.

Трудната част е определянето на океанското рН и глобалната температура, за които оценките варират драстично, от алкални до корозивно кисели и от минус 25 до +85 градуса по Целзий.

Въглеродният цикъл на Земята държи ключа за ограничаване на тези големи разлики в споменатите променливи, считат изследователите. Вулканите изтласкват въглерода в атмосферата, като отделят въглероден диоксид; въглеродната киселина след това пада като дъжд до повърхността, като разтваря скалите и освобождава по този начин йони вътре в тях, които в крайна сметка достигат до океаните през реките и образуват калциев карбонат.

Нетният резултат от този процес е, че въглеродът във въздуха е заключен в скалите. По същия начин морската вода, която циркулира и разтваря околните скали, освобождава йони, които след това образуват нови карбонатни скали – процес, който също заключва атмосферния въглерод в кората на Земята. Част от този въглерод се измества обратно в мантията на планетата и отново започва цикълът, тъй като отново се изпарява от вулканите.

Тези процеси на атмосферни влияния са зависими от температурата, Крисансен-Тотън оприличава този ефект на „естествен термостат“.

Ако емисиите на въглероден диоксид се повишат, температурата се повишава също; ако температурата се увеличи, увеличава се и атмосферното влияние върху морското дъно. Тъй като на Земята са били нужни милиарди години за да се създадат земните континенти, (по-малко земя е съществувала на ранната планета Земя) състоянието на морското дъно е имало особено значимо регулаторно въздействие върху температурата на Земята и обратно, температурата е влияла сериозно върху морското дъно.

Изследователите са приложили своето разбиране за въглеродния цикъл върху базата на данни за последните 100 милиона години и вместо да избират каквато и да е теория за океанската композиция и климат, те „са избрали най-широкия обхват за неизвестното и след това са изчислили гамата от възможности за климат и киселинност на океана“, казва Крисансен-Тотън пред списание Astrobiology Magazine.

„Изследователите са открили нови начини да опишат как въглеродът в седимента и водата от порите на скалите е поглъщан от химични реакции“, обяснява професорът от Бостънския университет Андрю Курц, който не е част от колектива направил изследването.

Изследователите изпробват модела си за последните 100 милиона години история на Земята, за които се знае доста повече. Това ново проучване е първото, което разгръща реалистично и самостоятелно представяне на процеса и го прилага към ранната Земя.

Симулациите не са точни и не решават всички неизвестни неща. Но според Крисансен-Тотън, те предоставят солидна информация за ранната Земя. Курц потвърждава, че резултатите „създават привидно разумна история на климата и на рН на океаните, физически разумна и математически вътрешно съгласувана“.

Първите половин милиард години от живота на Земята е период, наречен „Хадеан Еон“, заради неговата адска топлина. Резултатите от проучването обаче променят донякъде тази представа, че Земята остава горещо място и през Архаичния еон.

След като топлината от земното образуване се разсее, изследователските модели показват, че климатът и pH на океаните са изненадващо умерени: между 0 до 50 градуса по Целзий, с рН между 6,2 и 7,7. (РН 7 е неутрално.)

Курц отбеляза, че този резултат е в съответствие с изследване от 2002 г., в което се твърди, че е вероятно „ранната Земя да е имала хладен климат“.

Крисансен-Тотън вярва, че същият регулаторен процес на въглерод / морска вода ще се появи на всяка скална планета с вода. „Няма нищо специално за тези процеси“, казва той. Знаем, че пред-слънчевите мъглявини съдържат съставките за възникване на живот; също така, че безброй екзопланети с тези съставки съществуват в „обитаемите зони“ на техните звезди. Изследването разширява прозореца на времето, през което би могъл да се появи животът на тези планети“.

Моделът не решава дебатите кога или къде точно се появява животът на Земята, но насочва учени в продуктивни посоки за по-нататъшни изследвания. Например „ако смятате, че животът на Земята е започнал при по-високи температури, това може и да е вярно“, каза Криссенсен-Тотън, „но това ще ограничи произхода на живота само до локални затоплени околности, като хидротермални вентилационни отвори“.

Изследването има и последици за еволюцията на планетите. Курц сочи, че „Марс някога е имал по-голямата част от онова, което Земята притежава: вода на повърхността, въглероден диоксид в атмосферата и силикатни скали“, комбинация, която изглежда подкрепя възможността, животът някога да е съществувал и там.

Учените смятат, че атмосферата на Марс е била изгубена в космоса заради слънчевия вятър, но остават въпросите за това, какво е разстроило цикличния баланс на Червената планета, както и дали други планети могат да изпитат такива драстични промени в условията, каквито са се случили на Марс.

Статията е публикувана в изданието Astrobiology Magazine.