Раскрытие тайн ранней атмосферы Земли

Исследование, частично проведенное на источнике синхротронного излучения Advanced Photon Source (APS), помогло ученым определить состав первой атмосферы Земли. Полученные результаты ставят под вопрос некоторые теории происхождения жизни на нашей планете.

Международная команда ученых, изучающая происхождение земной атмосферы, обнаружила, что она когда-то была очень похожа на современные атмосферы Венеры и Марса. Результаты, опубликованные в журнале Science Advances, имеют значение не только для понимания химического состава ранней атмосферы, но и бросают вызов популярной теории эволюции жизни. Ключи к разгадке были найдены в древнейших горных породах, а для их извлечения потребовались лазерная печь, левитирующий шар лавы и мощный синхротронный источник APS в Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США.

Исследователи во главе с Паоло Сосси воссоздали в лаборатории условия ранней Земли. Они расплавляли лазером до 2000°C образцы перидотита (составляющего мантию), левитировали шарики лавы в потоках различных газов, а затем быстро охлаждали их. Анализируя степень окисления железа в получившихся стеклянных образцах и сравнивая ее с данными по древним мантийным породам Земли, ученые определили, какая газовая смесь соответствует ранней атмосфере. Оказалось, что атмосфера, образовавшаяся из магматического океана около 4.5 миллиардов лет назад, состояла примерно на 97% из CO₂ и на 3% из азота — та же пропорция, что наблюдается сегодня на Венере и Марсе.

Это открытие имеет важные последствия. Оно ставит под сомнение условия знаменитого эксперимента Стэнли Миллера 1950-х годов, в котором аминокислоты — строительные блоки жизни — образовывались в атмосфере, богатой метаном и аммиаком. Новая работа предполагает, что ранняя атмосфера была богата CO₂ и азотом, что затрудняет образование аминокислот таким путем. Кроме того, исследование объясняет, почему современная атмосфера Земли отличается от соседних планет: на Земле, благодаря ее массе и удаленности от Солнца, смогла образоваться жидкая вода, которая связала углекислый газ в океанах, тогда как на Венере было слишком жарко, а на Марсе — слишком холодно для этого процесса.