Πώς οι συγκρούσεις αστεροειδών και κομητών καθυστέρησαν την εξέλιξη της ατμόσφαιρας

Η μελέτη διαπίστωσε ότι οι συγκρούσεις που σταμάτησαν την ανάπτυξη του οξυγόνου στον πλανήτη είναι πιο συχνές από ό,τι πιστεύαμε.

Μεταξύ 2,5 και 4 δισεκατομμυρίων ετών πριν, μια εποχή γνωστή ως Αρχαιός αιώνας, ο καιρός της Γης μπορεί συχνά να περιγραφεί ως συννεφιασμένος με πιθανότητα αστεροειδούς.

Εκείνη την εποχή, δεν ήταν ασυνήθιστο για αστεροειδείς ή κομήτες να χτυπήσουν τη Γη. Στην πραγματικότητα, το μεγαλύτερο από αυτά, με πλάτος άνω των έξι μιλίων, άλλαξε τη χημεία της πρώιμης ατμόσφαιρας του πλανήτη. Ενώ όλα αυτά έχουν γίνει γενικά αποδεκτά από τους γεωλόγους, αυτό που δεν είναι καλά κατανοητό είναι πόσο συχνά θα συγκρούονται αυτοί οι μεγάλοι αστεροειδείς και πώς οι επιπτώσεις από τις κρούσεις έχουν επηρεάσει την ατμόσφαιρα, ειδικά τα επίπεδα οξυγόνου. Μια ομάδα ερευνητών πιστεύει τώρα ότι έχει κάποιες απαντήσεις.

Σε μια νέα μελέτη, η Nadia Drapon, επίκουρη καθηγήτρια Γης και Πλανητικών Επιστημών στο Πανεπιστήμιο του Χάρβαρντ, ήταν μέρος μιας ομάδας που ανέλυσε υπολείμματα αρχαίων αστεροειδών και μοντελοποίησε τα αποτελέσματα των συγκρούσεων τους για να δείξει ότι τα χτυπήματα συνέβησαν πιο συχνά από ό,τι πιστευόταν προηγουμένως. μπορεί να καθυστέρησε όταν άρχισε να συσσωρεύεται οξυγόνο στον πλανήτη. Νέα μοντέλα θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να κατανοήσουν με μεγαλύτερη ακρίβεια πότε ο πλανήτης ξεκίνησε το δρόμο του προς τη Γη που γνωρίζουμε σήμερα.

«Το δωρεάν οξυγόνο στην ατμόσφαιρα είναι κρίσιμο για κάθε οργανισμό που χρησιμοποιεί την αναπνοή για να παράγει ενέργεια», είπε ο Ντράπον. «Αν δεν υπήρχε η συσσώρευση οξυγόνου στην ατμόσφαιρα, μάλλον δεν θα υπήρχαμε».

Μια ομάδα με επικεφαλής το Southwest Research Institute έχει ενημερώσει μοντέλα πλανητικών βομβαρδισμών για να κατανοήσει πώς μεγάλες κρούσεις, όπως αυτή που παρουσιάζεται εδώ, επηρέασαν τα επίπεδα οξυγόνου στην ατμόσφαιρα της Γης κατά την αρχαϊκή περίοδο, 2,5 έως 4 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Πίστωση: SwRI / Simone Marchi

Το έργο περιγράφεται στο φυσικές επιστήμες της γης Επικεφαλής του ήταν ο Simon Marchi, ένας επιστήμονας στο Southwest Research Institute στο Boulder του Κολοράντο.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα τρέχοντα μοντέλα πλανητικού βομβαρδισμού υποτιμούν πόσο συχνά συγκρούονται αστεροειδείς και κομήτες με τη Γη. Ο νέος υψηλός ρυθμός σύγκρουσης δείχνει ότι οι συγκρούσεις χτυπούν τον πλανήτη περίπου κάθε 15 εκατομμύρια χρόνια, περίπου 10 φορές υψηλότερες από τα σημερινά μοντέλα.

Οι επιστήμονες το κατάλαβαν αυτό αφού ανέλυσαν αρχεία για κάτι που φαινόταν να είναι συνηθισμένα κομμάτια βράχου. Είναι στην πραγματικότητα αρχαία στοιχεία, γνωστά ως σφαίρες πρόσκρουσης, που σχηματίστηκαν σε πύρινες συγκρούσεις κάθε φορά που μεγάλοι αστεροειδείς ή κομήτες χτυπούσαν τον πλανήτη. Ως αποτέλεσμα, η ενέργεια από τη σύγκρουση έλιωσε το βραχώδες υλικό στον φλοιό της γης και το εξατμίστηκε, απελευθερώνοντας ένα γιγάντιο λοφίο. Μικρές σταγόνες λιωμένου βράχου σε αυτό το σύννεφο συμπυκνώνονται και στερεοποιούνται, πέφτοντας ξανά στο έδαφος ως σωματίδια μεγέθους άμμου που κατακάθονται πίσω στον φλοιό της Γης. Αυτά τα αρχαία σημάδια είναι δύσκολο να βρεθούν επειδή σχηματίζουν στρώματα στο βράχο που συνήθως δεν είναι μεγαλύτερα από μια ίντσα περίπου.

«Βασικά κάνετε μεγάλους περιπάτους και κοιτάτε όλους τους βράχους που μπορείτε να βρείτε επειδή τα σωματίδια πρόσκρουσης είναι τόσο μικρά», είπε ο Ντράπον. «Πραγματικά μου έλειψαν τόσο εύκολα».

Μια μελέτη με επικεφαλής τον SwRI ενημέρωσε μοντέλα βομβαρδισμού που βασίζονται σε μικροσκοπικά σωματίδια γυαλιού, γνωστά ως σφαίρες κρούσης, τα οποία γεμίζουν αρκετά λεπτά, ξεχωριστά στρώματα στο φλοιό της Γης, ηλικίας από περίπου 2,4 έως 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια. Στρώματα σφαιριδίων—όπως αυτό που φαίνεται σε αυτό το δείγμα 5 εκατοστών, ηλικίας 2,6 δισεκατομμυρίων ετών από την Αυστραλία—είναι σημάδια αρχαίων συγκρούσεων. Πίστωση: Ευγενική προσφορά των UCLA/Scott Hasler και Oberlin/Bruce Simonson

Αλλά οι επιστήμονες, όπως ο Drapon, πήραν τα ρεπό τους. «Τα τελευταία δύο χρόνια, βρέθηκαν στοιχεία για μια σειρά πρόσθετων επιπτώσεων που δεν είχαν αναγνωριστεί πριν», είπε.

Αυτά τα νέα σφαιρικά στρώματα αύξησαν τον συνολικό αριθμό των γνωστών γεγονότων σύγκρουσης κατά την πρώιμη Γη. Αυτό επέτρεψε στην ομάδα του Southwest Research Institute να ενημερώσει τα μοντέλα βομβαρδισμού της για να διαπιστώσει ότι ο ρυθμός σύγκρουσης είχε υποτιμηθεί.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές μοντελοποίησαν πώς όλα αυτά τα αποτελέσματα θα μπορούσαν να επηρεάσουν την ατμόσφαιρα. Ουσιαστικά, ανακάλυψαν, τα σωρευτικά αποτελέσματα των συγκρούσεων μετεωριτών από αντικείμενα μεγέθους άνω των έξι μιλίων πιθανότατα δημιούργησαν μια καταβόθρα οξυγόνου που απορροφούσε το μεγαλύτερο μέρος του οξυγόνου από την ατμόσφαιρα.

Τα αποτελέσματα είναι συνεπή με τα γεωλογικά αρχεία, τα οποία δείχνουν ότι τα επίπεδα οξυγόνου της ατμόσφαιρας διέφεραν αλλά παρέμειναν σχετικά χαμηλά στην πρώιμη αρχαιολογική περίοδο. Αυτό ίσχυε μέχρι πριν από περίπου 2,4 δισεκατομμύρια χρόνια, κατά το τέλος αυτής της χρονικής περιόδου, όταν ο βομβαρδισμός επιβραδύνθηκε. Στη συνέχεια, η Γη υπέστη μια σημαντική αλλαγή στη χημεία της επιφάνειας που προκλήθηκε από την αύξηση των επιπέδων οξυγόνου, γνωστή ως το Μεγάλο Γεγονός Οξείδωσης.

«Με την πάροδο του χρόνου, οι συγκρούσεις έγιναν προοδευτικά λιγότερο συχνές και πολύ μικρές για να μπορέσουν να αλλάξουν σημαντικά τα επίπεδα οξυγόνου μετά το GOE», είπε ο Markey σε μια δήλωση. «Η Γη ήταν καθ’ οδόν για να γίνει ο σημερινός πλανήτης».

Ο Ντράπον είπε ότι τα επόμενα βήματα στο έργο περιλαμβάνουν τη δοκιμή της δουλειάς τους στη μοντελοποίηση για να δουν τι μπορούν να σχεδιάσουν στους ίδιους τους βράχους.

«Μπορούμε πραγματικά να εντοπίσουμε στο ροκ αρχείο πώς απορροφήθηκε το οξυγόνο από την ατμόσφαιρα;» ρώτησε ο Ντράπουν.

Παραπομπή: «Όψιμη και μεταβλητή ατμοσφαιρική οξείδωση λόγω υψηλότερων ρυθμών σύγκρουσης στη Γη» από τους S.Marchi, N. Drapon, T. Schulz, L. Schaefer, D. Nesvorny, WF Bottke, C. Koeberl, and T. Lyons, Οκτώβριος 21 2021, φυσικές επιστήμες της γης.
DOI: 10.1038 / s41561-021-00835-9