Körülbelül 4,5 milliárd évvel ezelőtt a Hadean Eon idején a világ sokkal más hely volt, mint ma. Ebben az időben a kipufogógáz és a vulkáni aktivitás eredményeként létrejött az elsődleges légkör, amely szén-dioxidból, hidrogénből és vízgőzből áll.
Ennek az ősi légkörnek kevés marad, és a geotermikus adatok azt sugallják, hogy a Föld légkörét legalább kétszer teljesen megsemmisítették, már több mint 4 milliárd évvel ezelőtti kialakulása óta. A közelmúltban a tudósok nem voltak biztosak abban, hogy mi okozhatja ezt a veszteséget.
De az MIT, a Héber Univerisztus és a Caltech új tanulmánya rámutatott, hogy a meteoritok intenzív robbantása ebben az időszakban felelős lehet.
Ez a meteorikus bombázás a Hold kialakulásának körülbelül abban az időben történt volna. Az űrkőzetek intenzív bombázása elegendő erővel felszabadította volna a gázfelhőket ahhoz, hogy a légkört az űrbe állandóan kiürítsék. Az ilyen ütések más bolygókat is felrobbanthattak, sőt még a Vénusz és a Mars légkörét is meghámozták.
A kutatók valójában azt találták, hogy a kis síkbeli minták sokkal hatékonyabbak lehetnek, mint a nagy ütközésmérők - például Theia, amelynek a földdel való ütközés állítólag a Holdot hozta létre - a légköri veszteség növelésében. Számításaik alapján óriási hatással lenne a légkör nagy részének eloszlása; de együtt véve, sok apró hatásnak ugyanaz a hatása lenne.
Hilke Schlichting, az MIT Föld-, légkör- és bolygótudományi tanszékének adjunktusa szerint a Föld ősi légkörének mozgatórugói megértése segíthet a tudósoknak a korai bolygófeltételek azonosításában, amelyek ösztönözték az élet kialakulását.
"[Ez a megállapítás] egy nagyon eltérő kezdeti feltételt állít fel a föld korai légköre valószínűsége szempontjából" - mondja Schlichting. "Új kiindulási pontot jelent nekünk annak megértéséhez, hogy mi volt a légkör összetétele, és mi volt az élet fejlődésének feltételei."
Sőt, a csoport megvizsgálta, hogy mennyi légkört tartottak fenn és veszítettünk el az ütközések után óriási, Mars méretű és nagyobb testekkel és kisebb, 25 km-nél rövidebb ütközőkkel.
Azt találták, hogy egy olyan masszív ütközéses ütközés, mint a Mars, a szükséges hatással jár, ha egy hatalmas ütéshullámot generál a Föld belső részén, és potenciálisan kitörölheti a bolygó légkörének jelentős részét.
A kutatók azonban úgy találták, hogy ilyen hatás valószínűleg nem történt meg, mivel a Föld belsejét homogén iszapká változtatta volna. Tekintettel a Föld belsejében megfigyelt különféle elemek megjelenésére, úgy tűnik, hogy egy ilyen esemény nem történt a múltban.
Ezzel szemben a kisebb ütközők sorozata fajta robbanást idéz elő, és egy hulladékdarabot és gázt szabadít fel. Ezen ütközők közül a legnagyobb lenne elég erőteljes ahhoz, hogy minden gázt kilépjen a légkörből közvetlenül az ütközési zóna fölött. Ennek a légkörnek csak egy töredéke veszne el kisebb ütések következtében, ám a csapat becslései szerint tízezrek apró ütközésmérnökök vonhatták le.
Egy ilyen forgatókönyv valószínűleg 4,5 milliárd évvel ezelőtt történt a Hadean Eon alatt. Ez az időszak volt a galaktikus káosz egyik része, mivel több százezer űrkőzet örvényült a Naprendszer körül, és úgy vélik, hogy sokan ütköztek a Földdel.
"Bizonyára akkoriban rendelkeztünk ezekkel a kisebb ütközőkkel" - mondja Schlichting. "Egy kis hatás nem képes megszabadulni a légkör nagy részétől, de együttesen sokkal hatékonyabbak, mint az óriási ütések, és könnyen kilökhetik a Föld összes légkörét."
Schlichting és csapata azonban rájött, hogy a kis ütések összesített hatása túl hatékony lehet a légköri veszteség növelésében. Más tudósok megmérték a Föld légköri összetételét a Vénuszhoz és a Marshoz képest; és a Vénuszhoz képest a Föld nemesgázai százszor kimerültek. Ha ezeket a bolygóknak a korai történelem során ugyanazon apró kis ütközőknek lennének kitéve, akkor a Vénusznak ma nincs légköre.
Ő és kollégái visszatértek a kis hatásfokú forgatókönyvhöz, hogy megkíséreljék beszámolni a bolygó légkörének ezen különbségéről. További számítások alapján a csoport érdekes hatást talált: Ha a bolygó fele légköre elveszik, a kis ütközők sokkal könnyebbé teszik a többi gáz kilökését.
A kutatók kiszámították, hogy a Vénusz atmoszférájának csak valamivel tömegebben kellene elindulnia, mint a Földé, hogy a kis ütközők elpusztítsák a Föld légkörének első felét, miközben a Vénusz érintetlen marad. Ettől a ponttól kezdve Schlichting a jelenséget „kiszabaduló folyamatként” írja le - ha sikerül megszabadulni az első felétől, a második fél még könnyebb.
Ez felvette egy másik fontos kérdést: Mi váltotta fel végül a Föld légkörét? További számítások során Schlichting és csapata ugyanazokat az ütközőket találta meg, amelyek a gázt kibocsátották, esetleg új gázokat vagy illékony anyagokat vezettek be.
"Amikor egy ütés bekövetkezik, megolvad a síkban, és illékony részei eljuthatnak a légkörbe" - mondja Schlichting. "Nem csak kimerítik, hanem feltöltik a légkör egy részét."
A csoport kiszámította az illékony anyagok mennyiségét, amelyet egy adott összetételű és tömegű kőzet szabadíthat fel, és megállapította, hogy a légkör jelentős részét több tízezer űrszikla hatása töltheti fel.
"Számunk reális, tekintettel arra, amit tudunk a különféle kőzetek illékony tartalmáról" - jegyzi meg Schlichting.
Jay Melosh, a Purdue Egyetem földtudományi, légköri és bolygótudományi professzora szerint Schlichting következtetése meglepő, mivel a legtöbb tudós úgy gondolta, hogy a Föld légkörét egyetlen óriási hatás okozta. Más elméletek szerint a nap erős ultraibolya sugárzását és a „szokatlanul aktív napsugaras szeleket” hívják fel.
„Az, hogy a Föld elvesztette ősi légkörét, régóta jelent problémát, és ez a cikk hosszú utat mutat ezen rejtély megoldása felé” - mondja Melosh, aki nem járult hozzá a kutatáshoz. "Az élet akkoriban kezdődött a Földön, és így a légkör elvesztésének kérdésére adott válasz megválaszolja nekünk, mi indíthatta az élet eredetét."
Haladva, Schlichting reméli, hogy közelebbről megvizsgálja a Föld korai kialakulásának alapjául szolgáló feltételeket, ideértve az illékony anyagok kis kibocsátásokból történő kibocsátásának és a Föld ősi magma-óceánjának kölcsönhatását.
"Összekapcsolni akarjuk ezeket a geofizikai folyamatokat annak meghatározására, hogy mi volt a légkör legvalószínűbb összetétele a nulla időpontban, amikor a Föld éppen kialakult, és remélhetőleg azonosítani tudjuk az élet fejlődésének feltételeit" - mondja Schlichting.
Schlichting és kollégái közzétették eredményeiket az Icarus folyóirat februári kiadásában.
