Hvordan var den tidlige Jord? Næsten som Venus, viser forskning

Et hold af internationale videnskabsmænd ledet af ETH-forsker Paolo Sossi har fået ny indsigt i Jordens atmosfære for 4,5 milliarder år siden. Deres resultater har betydning for livets mulige oprindelse på Jorden.

For fire og en halv milliard år siden, Jorden ville have været svær at genkende. I stedet for skovene, bjerge og oceaner, som vi kender i dag, vores planets overflade var fuldstændig dækket af magma - det smeltede stenmateriale, der kommer frem, når vulkaner går i udbrud. Så meget er det videnskabelige samfund enige om. Hvad der er mindre klart er, hvordan atmosfæren var på det tidspunkt. Ny international forskningsindsats ledet af Paolo Sossi, seniorforsker ved ETH Zürich og NCCR PlanetS, forsøg på at løfte nogle af mysterierne i Jordens uratmosfære. Resultaterne blev offentliggjort i dag i tidsskriftet Videnskabens fremskridt .

Fremstilling af magma i laboratoriet

"For fire og en halv milliard år siden, magmaen udvekslede konstant gasser med den overliggende atmosfære, " Sossi begynder at forklare. "Luften og magmaen påvirkede hinanden. Så, du kan lære om det ene af det andet."

For at lære om Jordens uratmosfære, som var meget anderledes end i dag, forskerne skabte derfor deres egen magma i laboratoriet. Det gjorde de ved at blande et pulver, der matchede sammensætningen af ​​Jordens smeltede kappe, og opvarme det. Hvad der lyder ligetil krævede de seneste teknologiske fremskridt, som Sossi påpeger:"Sammensætningen af ​​vores kappelignende pulver gjorde det svært at smelte - vi havde brug for meget høje temperaturer på omkring 2, 000° Celsius."

Det krævede en speciel ovn, som blev opvarmet af en laser, og inden for hvilken forskerne kunne svæve magmaet ved at lade strømme af gasblandinger strømme rundt om det. Disse gasblandinger var plausible kandidater til den oprindelige atmosfære, der, som for 4,5 milliarder år siden, påvirket magmaet. Dermed, med hver blanding af gasser, der strømmede rundt om prøven, magmaen viste sig lidt anderledes.

"Den vigtigste forskel, vi ledte efter, var, hvor oxideret jernet i magmaen blev, " Sossi forklarer. Med mindre præcise ord:hvor rustent. Når jern møder ilt, det oxiderer og bliver til det, vi almindeligvis omtaler som rust. Dermed, da gasblandingen, som forskerne blæste hen over deres magma, indeholdt en masse ilt, jernet i magmaen blev mere oxideret.

Dette niveau af jernoxidation i den afkølede magma gav Sossi og hans kolleger noget, som de kunne sammenligne med naturligt forekommende sten, der udgør Jordens kappe i dag - såkaldte peridotitter. Jernoxidationen i disse klipper har stadig indflydelsen af ​​den oprindelige atmosfære indprentet i sig. Sammenligningen af ​​de naturlige peridotitter og dem fra laboratoriet gav derfor forskerne fingerpeg om, hvilke af deres gasblandinger der kom tættest på Jordens uratmosfære.

Et nyt syn på livets opståen

"Det, vi fandt, var, at efter afkøling fra magmatilstanden, den unge jord havde en atmosfære, der var let oxiderende, med kuldioxid som hovedbestanddel, samt nitrogen og noget vand, " rapporterer Sossi. Overfladetrykket var også meget højere, næsten hundrede gange mere end i dag, og atmosfæren var meget højere, på grund af den varme overflade. Disse egenskaber gjorde det mere lig atmosfæren på nutidens Venus end til nutidens Jord.

Dette resultat har to hovedkonklusioner, ifølge Sossi og hans kolleger:Den første er, at Jorden og Venus startede med ret ens atmosfærer, men sidstnævnte mistede efterfølgende sit vand på grund af den tættere nærhed til solen og de tilhørende højere temperaturer. Jorden, imidlertid, holdt sit vand, primært i form af oceaner. Disse absorberede meget af CO ₂ fra luften, derved reducere CO ₂ niveauer betydeligt.

Den anden konklusion er, at en populær teori om fremkomsten af ​​liv på Jorden nu virker meget mindre sandsynlig. Dette såkaldte "Miller-Urey eksperiment", hvor lynnedslag interagerer med visse gasser (især ammoniak og metan) for at skabe aminosyrer - livets byggesten - ville have været vanskeligt at realisere. De nødvendige gasser var simpelthen ikke tilstrækkeligt rigelige.