Рубрики В архейских вулканических базальтовых пород в возрасте от 2,74 млн лет сохранились следы пузырьков газа, захваченных в окружающей среде жидкой лавы. Международная группа геофизиков, ориентируясь на размер этих следов, вычислено Атмосферное давление на древней планете. Оказалось в два раза больше современной. По мнению ученых, такая же низкая, давление должно быть небольшое количество азота в архейской атмосфере. Низкая плотность атмосферы означает, что важные особенности физических и химических процессов должны быть скорректированы. Кроме того, раньше считалось, что глобальное потепление было связано с высоким поглощением инфракрасного излучения плотной атмосфере. Новые данные заставляют пересмотреть и эту гипотезу. Наиболее вероятная замена — высокая концентрация парниковых газов, предположительно, метана.
Трудно себе представить тему более манящую, но менее доступный для исследования, что принцип земной жизни. Главная проблема здесь-это отсутствие идей, и на редкость доверие материальных свидетельств минувших эпох. Это архее, то есть, по времени около 3,8 2,7 млрд лет назад. С тех пор, те немногие, что сохранились в бурной истории планетарных преобразований. Тем ценнее, что твердые частицы информации, на основе которых можно построить здание гипотезы, подлежащие проверке. Новый блок такой информации, используемый учеными из Вашингтонского университета, вместе с коллегами из Университета Западной Австралии и Музей природы и науки Денвера (США) для реконструкции древней атмосферы Земли. Свои выводы делают серьезного пересмотра, или, по крайней мере, задуматься о принятой на сегодняшний день гипотетического портрет древней Земли.
Эта команда уже несколько лет занимается изучением архейских отложений в районе Пилбара (Pilbara в Австралии. В этом случае, он работал со скалами обучения Бунгал (Boongal Formation). Возраст этих отложений составляет, по оценкам, поздний архей, то есть 2,75 миллионов лет. Это очень интересный возраст: атмосфера планеты в этот период не слишком далеко ушел от их состояния в начале земной жизни. По крайней мере, до выхода кислорода революции, оставалось еще 300 миллионов лет назад.
В формировании Бунгал есть вулканические слои, местами, как показывают особенности их строения, формировавшихся в прибрежной морской полосы. Для геологов, это означает, что языки лавы застывали на поверхности земли, а не под землей или под толщей воды, на дне океана, и на нулевой высоте над уровнем моря, и не на пляже вулканического кратера. Именно эти зоны древних ландшафтов и выбрали ученые для решения проблемы измерения атмосферного давления. При других неизвестных параметров по сомнительным перестроить вышележащие слои горных пород земли, или в глубине океана, или высоту над уровнем моря, задача решалась в лучшем случае с большим допуском, но, скорее, не хотел бы вообще. Но для избранных палеоландшафтов этих факторов можно пренебречь.
Материальной основой для реконструкции послужили следы пузырьков газа, захваченных потоков лавы в атмосферу при застывании. Естественно, за тысячи миллионов лет атмосфера в этих пузырьках практически ничего не остается. Они заместились элементы материнской породы, и вторичные минералы, превращаясь в пятна другого цвета, состава и текстуры. Но он сохранил нетронутой свою круглую форму. Если собственные деформации скалы, или по той или иной причине, я чувствовал дополнительное давление, пузыри бы сплющились, появятся микротрещины. Иногда нет ни того, ни другого, то размер пузырьков пятен не изменилось в долгой истории превращения горных пород. Таким образом, исходя из размеров пятна, то можно вычислить и давление, которое они образовались. Размер пузырей на поверхности лавы только контролирует давление воздуха, и с увеличением глубины лавового потока к атмосферному давлению добавляется давление от собственной лавы материал. Вблизи поверхности пузырьков больше, внизу меньше. Узнать разница в размерах пузырьков на разных глубинах и параметры вулканического материала, что определяет давление в колонке потока, можно оценить, атмосферного давления. Этот метод был с успехом опробован для измерения атмосферного давления на различных высотах над уровнем моря, для более молодых вулканических отложений Турции и Китая.
Следы газовых пузырей в скале из базальта обучения Бунгал. Стрелка показывает след концентрических кругов, подтверждают прогрессивной и последующей заливки пузыря. Форма следов округлая и трещины вокруг пузырей не видно. Длина шкалы суда 1 см. Фото из обсуждаемой статьи в Nature
Вот, тогда, размер пузырьков в различных слоях вулканического базальта, а вот мощность вулканических слоев пузырьков, а вот плотность базальта. На основе этих данных легко рассчитать давление старинной атмосферы: 0,23±0,23 атм. Оценить достоверность столь низких значений не легко. Но ученые сослались на свои предыдущие выводы (S. M. Som et al., 2012. Air плотность 2.7 billion years ago limited to less than twice modern levels by fossil капли воды imprints), которые были сделаны на основе изучения останков капли дождя, которые сохранились почти в том же архейских слоев. Когда знаменитый и романтическое, настроение можно себе представить, как в безветрии падают в черный пепел капли дождя, покрывая его оспинами ям, в воздухе пахнет нашатырной свежесть, метановое молчание ломает визгливым перестуком капель. Эта древнейшая инталия скрепленного тонкими слоями пыли, всегда оставалась в каменном веке прошлом, память о дожде.
Но сухие физические расчеты дают в скобках-удивление перед чудом природы, учитывая глубину ямы, из капель дождя. Можно измерить, и эти измерения для оценки скорости падения капель, и зная, скорость, идти на плотность атмосферы. Капли дождя, поскольку величина давления порядка 0,52–1,1 атм., в этом случае, скорее всего, ученые выглядел нижней оценки на 0,52 атм и не выше 1,1 атм. С учетом прежних и новых данных было принято значение 0,5 атм, чтобы атмосфера вечера архея. Низкое Атмосферное давление объясняется значительно более низким содержанием азота. В отсутствие кислорода выветривания магматических пород их количество должно быть не менее половины, что в современной обстановке. Предположительно, азот присутствует в атмосфере в виде аммиака и цианистых соединений.
То, что дает настолько низкое давление воздуха для реконструкции других, опосредованных, условия на древней Земле? Известно, что в момент, когда на планете существовали градации, не замерзшая вода, льда не было. При низкой высоте Солнца — и вот примерно на 20% больше, бледно-современный, какие условия должны гарантировать сохранение тепла. Считалось, что такими утеплителями могут служить плотную атмосферу, сделать это инфракрасное излучение, высокое содержание двуокиси углерода, что обеспечивает парниковый эффект. Но если атмосфера этого списка вычеркнуть, остается только двуокись углерода. И участие его в атмосфере, по имеющимся данным, не был настолько высок, чтобы поддержать из-за глобального потепления. Тогда, главную роль в этом процессе принадлежала и других парниковых газов, таких как метан.
Кроме того, низкое Атмосферное давление означает, что вода закипала при существенно более низкой температуре 58°C. Тогда, скорость и направление химических процессов, отличается от текущей. Также были разными, и скорость фотохимической реакции фракционирования изотопов серы (см. Mass-independent остаточное), которые происходят под действием ультрафиолетового света. По всей вероятности, потребуются новые расчеты, масс-независимого фракционирования с подкорректированными атмосферных параметров. Потому что на них основана большая часть рассуждений о погодных условиях и жизни на старой планете.
Источники:
1) Sanjoy М. Сомов, Roger Buick), James W. Hagadorn, Tim S. Blake, John M. Perreault, Jelte P. Harnmeijer and David C. Catling. Metropolitan s air pressure 2.7 billion years ago constrained to less than half of modern Analysis // Nature Geoscience. Published online 09 мая 2016 года. DOI: 10.1038/ngeo2713.
2) Sanjoy М. Сомов, David C. Catling, Jelte P. Harnmeijer, Peter M. Polivka, Roger Buick. Air плотность 2.7 billion years ago limited to less than twice modern levels by fossil капли воды imprints // Nature. 2012. Ст. 484. P. 359-362. DOI: 10.1038/nature10890.
Елена Наймарк