חלל עתיק חושף טוויסט מפתיע בהתפתחות האווירה הקדומה של כדור הארץ

כתמים של חלל קדום שנסחפו לכדור הארץ לפני 2.7 מיליארד שנה מעניקים למדענים את הצצה ראשונה לאיפור הכימי של האטמוספרה העליונה של כוכב הלכת הצעיר שלנו.

תוכן קשור

• כוכבי הכוכבים מסייעים במעקב אחר מטאוריט חדש שנפל במערב אוסטרליה
• שמור את עיניך לשמיים עבור מטאורים דליקים במים החודש
• סטארט-אפ זה רוצה לפתוח את אולימפיאדת 2020 עם מקלחת מטאורים מעשה ידי אדם

מהמחקר עולה כי האטמוספירה העליונה הקדומה של כדור הארץ הכילה בערך אותה כמות חמצן כמו היום, בערך 20 אחוזים. זה עף לנוכח מה שהמדענים הניחו: מכיוון שהאטמוספרה התחתונה של כדור הארץ הקדום הייתה דלה בחמצן, חשבו החוקרים שהאטמוספרה העליונה נטולת גז דומה.

מדענים אומרים כי הממצאים, שפורטו בגיליון השבוע של כתב העת Nature, פותחים שדרה חדשה לחקר האבולוציה האטמוספרית בזמן העמוק ומספקת תובנה רעננה כיצד התפתח האטמוספרה של כדור הארץ למצב הנוכחי.

"האווירה המתפתחת שינתה את הכימיה של מגוון גדול של תהליכים גיאולוגיים, שחלקם אחראים ליצירת משאבים מינרליים ענקיים", אומר מחבר המחקר הראשי אנדרו טומקינס מאוניברסיטת מונאש במלבורן, אוסטרליה. לכן מחקר זה "עוזר לנו לחשוב על הביוספרה. אינטראקציות עם הידרוספרה-גאוספירה וכיצד הם השתנו עם הזמן, "הוא מסביר.

המרווח, או "המיקרומטאוריטים", ששימשו למחקר, התאוששו מדגימות אבן גיר עתיקות מאזור פילברה במערב אוסטרליה. הכדורים הקוסמיים נמסו לאחר שנכנסו לאטמוספירה של כדור הארץ בגבהים של 50 עד 60 מיילים.

"אנשים מצאו בעבר מיקרומטריטים בסלעים, אבל איש לא חשב להשתמש בהם כדי לחקור כימיה אטמוספרית", אומר טומקינס.

בזמן שהחפצים הזעירים נמסו ורפורמטו בגובה האטמוספירה העתיקה, הם הגיבו עם החמצן בסביבתם והוסבו. החוקרים הצליחו להציץ למיקרומטאוריטים קדומים אלה כדי לראות אילו שינויים כימיים הם עברו במהלך נסיעתם באטמוספרה.

בעזרת מיקרוסקופ גילו טומקינס ועמיתיו כי המיקרומטאוריטים היו בעבר חלקיקים מברזל מתכתי שהפכו למינרלים של תחמוצת ברזל לאחר שנחשפו לחמצן.

המדענים טוענים שכדי שתתרחש טרנספורמציה כימית כזו, רמות החמצן באטמוספירה העליונה של כדור הארץ במהלך האיון הארכיוני (לפני 3.9-2.5 מיליארד שנה) היו בטח גבוהות בהרבה ממה שחשבו בעבר.

חישובים שביצע חברו של המחקר מתיו ג'נג ', מומחה אבק קוסמי במכללת אימפריאל לונדון, מראים כי ריכוז החמצן באטמוספירה העליונה יצטרך להיות בערך 20 אחוז - או קרוב לרמות המודרניות - כדי להסביר את התצפיות.

"אני חושב שמאוד מרגש שיש להם דרך לבדוק את ההרכב האטמוספרי [העליון] באמצעות המיקרומטוריטים האלה", אומר ג'ים קסטינג, מדען גיאוגרפי מאוניברסיטת פנסילבניה שלא היה מעורב במחקר.

טומקינס וצוותו חושבים שהתוצאות החדשות שלהם יכולות לתמוך ברעיון שהציע קסטינג ואחרים כי האטמוספרה של כדור הארץ במהלך הארכיאן הייתה מוערמת, כאשר האטמוספרות התחתונות והעליונות מופרדות על ידי שכבה אמצעית מעורפלת. שכבה זו הייתה מורכבת מתאן גז החממה - המיוצר בכמויות גדולות על ידי אורגניזמים המייצרים מתאן, המכונה "מתנוגנים".

המתאן היה סופג אור אולטרה סגול ומשחרר חום ליצירת אזור חם שחוסם את הערבוב האנכי של שכבות אטמוספריות שונות.

על פי תרחיש זה, שכבת האובך הייתה מעכבת ערבוב אנכי עד "אירוע החמצון הגדול" לפני 2.4 מיליארד שנה, אז פוטוסינתיזציה של ציאנובקטריה הפיקה חמצן בכמויות מספיק גדולות שיכולה לפזר את המתאן.

"חמצן ומתאן לא מסתדרים זה בזה, ולכן עליית החמצן הייתה מגיבה בסופו של דבר את המתאן מהמערכת", אומר טומקינס. "הסרת מתאן תאפשר ערבוב יעיל יותר של האטמוספרה העליונה והתחתונה."

עם זאת, טומקינס הדגיש כי ההשערה הזו עדיין צריכה להיבדק, והוא מתכנן להצטרף לחברת Kasting לפיתוח דגמי מחשב כדי לדמות ערבוב אנכי באטמוספרות עם קומפוזיציות שונות.

"לקחנו מדגם מהאטמוספרה העליונה בנקודת זמן אחת בלבד", אומר טומקינס. "השלב הבא הוא להוציא מיקרומטוריטים מסלעים המכסים טווח רחב של זמן גיאולוגי, ולבחון שינויים רחבים בכימיה של האטמוספירה העליונה."

למידע נוסף על מחקר זה ועוד במצפה הכוכבים העמוק.