05.12.2012

Окаменевшие капли помогают решить парадокс ранней Земли

Считается, что юную Землю наполняла горячая вода, но два исследования, результаты которых были представлены на конференции Американского геофизического союза, показали, что в действительности на планете было даже холоднее, чем сейчас, пишет LiveScience.

Учёные занимались парадоксом слабого молодого Солнца. В то время, когда на Земле царил архей (4-2,5 млрд лет назад), наша звезда светила всего лишь на 70% от сегодняшнего уровня. Тем не менее Земля отчего-то не превратилась в гигантский снежок. Вместо этого на ней были обширные океаны жидкой воды, наполненные примитивными микроорганизмами — предками современных микробов, производящих метан и поглощающих серу.

В ходе одного из исследований специалисты проанализировали окаменевшие капли дождя, павшие с небес около 2,7 млрд лет назад, и пришли к выводу, что атмосфера, в которой они сформировались, не слишком отличалась от сегодняшней. Это говорит о том, что парникового эффекта, якобы необходимого для защиты планеты от глобального остывания, не случилось.

Другая группа предложила следующее решение парадокса: молодой планете вовсе не надо было оставаться тёплой, чтобы поддерживать воду в жидком состоянии. Если вы построите модель Земли в виде сферы, даже тусклого Солнца и атмосферы, напоминающей сегодняшнюю, будет достаточно, чтобы в районе экватора существовала вода, хотя и не самая горячая.

С 1960-х годов на основании геологической и палеонтологической летописи учёные полагают, что в архее температура океанов достигала 77 °C. В то же время компьютерные модели слабого Солнца и атмосферы, похожей на современную, рассматривали Землю как одномерную линию (а не более реалистичную сферу). У них получалось, что средняя температура планеты держалась ниже нуля.

Дабы избавиться от этого противоречия, учёные предположили, что в те времена атмосферу наполняли парниковые газы (например, углекислый). Но вместе с ростом концентрации этих газов увеличивалось и атмосферное давление. Этим обстоятельством и воспользовались астробиолог Санджой Сом из Исследовательского центра НАСА им. Эймса и его коллеги. Во время короткого и лёгкого ливня с ураганом, пронёсшегося над современной Южной Африкой, капли упали в древнюю реку, покрытую одеялом из вулканического пепла. Следы сохранились, поскольку их покрыла тонкая вуаль следующей порции золы.

Для расчёта давления ранней атмосферы исследователи сбрасывали капли с высоты седьмого этажа и измеряли размер ямок, получавшихся в пепле исландского вулкана Эйяфьятлайокудль. Поскольку предельная скорость дождевой капли (равновесная скорость — скорость падения, когда сила сопротивления воздуха равна силе гравитации) зависит от плотности воздуха вокруг неё, учёные смогли посчитать давление воздуха, определив скорость, с которой капли врезались в пепел 2,7 млрд лет назад.

Они заключили, что древнее атмосферное давление превышало сегодняшнее максимум вдвое, то есть в те времена и близко не было того количества парниковых газов, о котором говорили другие исследователи.

Тем временем Эрик Вулф из Колорадского университета (США) и его коллеги на основании трёхмерной компьютерной модели обнаружили, что, даже если взять более реалистичный уровень атмосферного углекислого газа, Земля будет всего лишь такой же холодной, как во времена последнего ледникового периода. То есть даже в этом случае жидкая вода могла существовать.

Учёные также пересмотрели старые геологические свидетельства, которые использовались для расчёта температуры на ранней Земле (например, морские донные отложения), обнаружив, что гипотеза о почти кипящих океанах сомнительна.

Например, отсутствие льда в летописи окаменелостей воспринимается как доказательство того, что Земля была свободной ото льда, тогда как на самом деле это может означать, что мы просто ещё не нашли лёд, говорит г-н Вулф. К тому же геологические данные о высокой температуре в северных широтах добыты на большой глубине, и вполне возможно, что 2,8 млрд лет назад эти породы находились возле экватора.

Дмитрий Целиков

Источники:

1. science.compulenta.ru