Ciśnienie atmosferyczne na starożytnej Ziemi było dwa razy niższe niż współczesne • Elena Naimark • Wiadomości naukowe na temat "Elementów" • Geochemia

Ciśnienie atmosferyczne na starożytnej Ziemi było dwa razy niższe niż współczesne

Strumienie lawy wychwytują pęcherzyki powietrza i, hartując, zachowują atmosferyczne próbki dla badaczy; a ich zadaniem jest rozszyfrowywanie tych wiadomości meteorologicznych. Zdjęcia z deviantart.com

Ślady pęcherzyków gazu uwięzionych z otoczenia przez ciekłą lawę są zachowane w skałach wulkanicznych Archanioła wulkanicznych o długości 2,74 miliarda lat. Międzynarodowy zespół geofizyków, koncentrując się na wielkości tych torów, obliczył ciśnienie atmosferyczne na starożytnej planecie. Okazało się, że jest dwa razy niższa od nowoczesnej. Według naukowców takie niskie ciśnienie jest związane z niewielką ilością azotu w atmosferze Archeanu. Niska gęstość atmosfery oznacza, że ​​charakterystyka ważnych procesów fizykochemicznych musi zostać dostosowana. Ponadto, wcześniej sądzono, że ogrzewanie planety było spowodowane zwiększoną absorpcją promieniowania podczerwonego przez gęstą atmosferę. Nowe dane zmuszają do ponownego rozważenia tej hipotezy. Najbardziej prawdopodobnym zamiennikiem jest wysoka koncentracja gazów cieplarnianych, prawdopodobnie metanu.

Trudno wyobrazić sobie temat bardziej pociągający, ale mniej przystępny do nauki niż początek śmiertelnego życia.Głównym problemem tutaj nie jest brak pomysłów, ale rzadkość wiarygodnych dowodów materialnych tych dawno minionych epok. Mówimy o Archaea, czyli czasach około 3,8-2,7 miliarda lat temu. Odtąd niewiele przeżyło burzliwą historię transformacji planetarnych. Bardziej wartościowe są te twarde fragmenty faktycznych informacji, na podstawie których można zbudować budynek z testowalnych hipotez. Nowy blok takich informacji został wykorzystany przez naukowców z Uniwersytetu Waszyngtońskiego wraz z kolegami z University of Western Australia i Muzeum Przyrody i Nauki w Denver (USA) w celu rekonstrukcji najstarszej atmosfery na Ziemi. Ich wnioski każą nam poważnie rozważyć, a przynajmniej pomyśleć o hipotetycznym obrazie antycznej Ziemi przyjętej dzisiaj.

Zespół ten od kilku lat bada depozyty Archeków w regionie Pilbara w Australii. W tym przypadku pracowali ze skałami formacji Bongal. Wiek tych złóż oszacowano na późny archean, czyli 2,75 miliarda lat. To dość ciekawy wiek: atmosfera planety w tym okresie nie odbiegała zbytnio od stanu na początku życia śmiertelnika. Przynajmniej przed początkiem rewolucji tlenowej było jeszcze 300 milionów lat.

W formacji Bungalma znajdują się wulkaniczne warstwy, miejscami, jak pokazują osobliwości ich struktury, utworzone w pasie nadmorskim. Dla geologów oznacza to, że jęzory lawy zamarzły na powierzchni ziemi, a nie pod ziemią lub pod kolumną wody na dnie oceanu i na zerowej wysokości nad poziomem morza, a nie na kilometrowym kraterze wulkanicznym. Właśnie takie obszary starożytnych krajobrazów naukowcy postanowili rozwiązać problem pomiaru ciśnienia atmosferycznego. Przy innych nieznanych parametrach – wątpliwie zrekonstruowanych warstwach wierzchnich skał ziemskich lub głębokości oceanu lub wysokości nad poziomem morza – problem zostałby rozwiązany w najlepszym razie z dużą tolerancją, ale raczej nie zostałby rozwiązany w ogóle. Ale w przypadku wybranych paleolo- gii czynniki te można pominąć.

Podstawą do rekonstrukcji były ślady pęcherzyków gazu uwięzionych przez lawę z atmosfery podczas zamrażania. Oczywiście, przez miliardy lat, praktycznie nic nie pozostało z samej atmosfery w tych bańkach. Zostały one zastąpione elementami skały macierzystej i minerałów wtórnych, zamieniając się w plamy o innym kolorze, składzie i konsystencji.Ale w tym samym czasie ich okrągły kształt pozostał niezmieniony. Gdyby skała była zdeformowana lub z jakiegoś powodu doznała dodatkowego ciśnienia, pęcherzyki spłaszczyłyby się i pojawiłyby się mikropęknięcia. A ponieważ nie ma ani jednego, ani drugiego, oznacza to, że rozmiar bąbelków nie zmienił się w ciągu długiej historii przemian skał. Dlatego, w oparciu o wielkość plam, możliwe jest obliczenie ciśnienia, w którym powstały. Wielkość bąbelków na powierzchni lawy kontrolowana jest jedynie przez ciśnienie atmosferyczne, a wraz ze wzrostem głębokości przepływu lawy ciśnienie ciśnienia w materiale lawy jest dodawane do ciśnienia atmosferycznego. Bąbelki są większe na powierzchni, niższe na dole. Znając różnicę w wielkości pęcherzyków na różnych głębokościach i parametrów materiału wulkanicznego, który określa ciśnienie w grubości strumienia, możliwe jest oszacowanie ciśnienia atmosferycznego. Metoda ta została już z powodzeniem przetestowana w celu pomiaru ciśnienia atmosferycznego na różnych wysokościach nad poziomem morza dla młodszych pokładów wulkanicznych w Turcji i Chinach.

Ślady pęcherzyków gazu w bazaltowej formacji Bungal. Strzałka pokazuje na szlaku z koncentrycznymi okręgami,potwierdzając stopniowe i późniejsze napełnienie bańki. Kształt śladów jest okrągły i nie ma pęknięć wokół bąbelków. Skala długości 1 cm Zdjęcia z omawianego artykułu w Natura

Tak więc, tutaj jest wielkość pęcherzyków w różnych warstwach wulkanicznego bazaltu, tutaj są pojemności warstw wulkanicznych z bąbelkami, tutaj jest gęstość stopionego bazaltu. Z tych danych można łatwo obliczyć ciśnienie antycznej atmosfery: 0,23 ± 0,23 atm. Nie jest łatwo ocenić wiarygodność tak niskich wartości. Naukowcy odnieśli się jednak do swoich wcześniejszych wniosków (SM Som i in., 2012. Gęstość powietrza 2,7 miliarda lat temu, ograniczona do mniej niż 2 razy więcej niż ślad odcisków kropli deszczu). te same warstwy archeologiczne. Ze znanym romantycznym nastrojem można sobie wyobrazić, jak w bezwietrzne krople deszczu spadają na czarny popiół, pokrywając go dziobami mokrych dziur, powietrze pachnie jak amoniak, cisza metanu jest przerywana przez przenikliwe krople kropli. To starożytne wklęsłość, uszczelnione warstwami drobnego pyłu, na zawsze zachowane w kamieniu obok wspomnień tego deszczu.

Ale suche obliczenia fizyczne pozostawiają zdziwienie przed naturalnym cudem, biorąc pod uwagę jedynie głębokość dziur z tych kropel deszczu.Można je zmierzyć, a na podstawie tych pomiarów oszacować prędkość spadających kropel i poznać tę prędkość, przejść do gęstości atmosfery. Krople deszczu dawały ciśnienia rzędu 0,52-1.1 atm, przy czym bardziej prawdopodobne było, że naukowcy ocenili niższe wartości 0,52 atm, a nie wyższą ocenę 1,1 atm. Biorąc pod uwagę poprzednie i nowe dane, przyjęto wartość 0,5 atm dla atmosfery Late Archean. Niskie ciśnienie atmosferyczne dzięki znacznie niższej zawartości azotu w nim. W przypadku braku tlenowego starzenia się skał magmowych, jego ilość powinna być przynajmniej o połowę mniejsza niż we współczesnej atmosferze. Przypuszczalnie azot był obecny w atmosferze jako związki amoniaku i cyjanku.

Co daje tak niskie ciśnienie atmosferyczne dla rekonstrukcji innych, pośredniczonych warunków na najstarszej Ziemi? Wiadomo, że w tym czasie na planecie była płynąca, a nie zamarznięta woda, nie było zlodowacenia. Przy niskiej luminescencji Słońca – i było wtedy o 20% bledsze od nowoczesnego – niektóre warunki powinny zapewnić zatrzymanie ciepła. Uważano, że takie grzejniki mogą służyć jako gęsta atmosfera, która pochłania promieniowanie podczerwone i wysoką zawartość dwutlenku węgla, który zapewnia efekt cieplarniany.Ale jeśli atmosfera z tej listy zostanie usunięta, pozostanie tylko dwutlenek węgla. A jego udział w atmosferze, według dostępnych danych, nie był tak wysoki, aby utrzymać właściwe ogrzewanie planety. Oznacza to, że główna rola w tym procesie należała do innych gazów cieplarnianych, na przykład metanu.

Ponadto, niskie ciśnienie atmosferyczne sugeruje, że woda wrze w znacznie niższej temperaturze – 58 ° C. Oznacza to, że szybkość i kierunek procesów chemicznych różniły się od współczesnych. Szybkość reakcji fotochemicznej frakcjonowania izotopów siarki była również różna (patrz frakcjonowanie niezależne od masy), które występują pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Najprawdopodobniej wymagane będą nowe obliczenia frakcjonowania niezależnego od masy ze skorygowanymi parametrami atmosferycznymi. W końcu wiele argumentów na temat warunków klimatycznych i życia na starożytnej planecie opiera się na nich.

Źródła:
1) Sanjoy M. Som, Roger Buick, James W. Hagadorn, Tim S. Blake, John M. Perreault, Jelte P. Harnmeijer i David C. Catling. Ciśnienie powietrza na Ziemi 2,7 miliarda lat temu ograniczone do mniej niż połowy współczesnych poziomów // Geologia przyrody. Opublikowano online 09 maja 2016 r. DOI: 10.1038 / ngeo2713.
2) Sanjoy M. Som, David C. Catling, Jelte P. Harnmeijer, Peter M. Polivka, Roger Buick. Gęstość powietrza 2,7 miliarda lat temu odciski kropli deszczu Natura. 2012. V. 484. P. 359-362. DOI: 10,1038 / nature10890.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: