Земная съела древний углекислый газ

развернуть

Несколько миллиардов лет назад Солнце светило процентов на 20–25 слабее, чем сейчас, но в первые пару миллиардов лет земной истории оледенений не было, а как светило стало припекать — так они сразу начались. Парадокс молодого слабого Солнца по-прежнему не даёт покоя учёным, но пока отгадок тут меньше, чем загадок...

Бернар Марти (Bernard Marty) из Университета Лотарингии (Франция) в очередной раз отправился на поиск газов, которые защищали планету в её молодые годы от гибели в результате оледенений.

Что согревало Землю в молодости? Точно не изобилие азота. (Здесь и ниже иллюстрации NASA / SDO, Etienne Berthier.)
Учёный искал косвенные указания на характер земной атмосферы, частично известной нам по находкам включений газов в древних минералах. Скажем, в древнем воздухе присутствуют и азот-14 (в подавляющем большинстве), и азот-15. Поскольку последний тяжелее, то он в меньшей степени склонен к «побегу» из земной атмосферы, в том числе вместе с частицами солнечного ветра. Так как во времена оные на Земле, по ряду теорий, механизм тектоники плит заработал далеко не сразу, без него более лёгкий изотоп азота должен был интенсивно теряться, и сравнение тогдашнего воздуха с современным обязано показывать куда бόльшую долю «лёгкого» азота.

Однако исследование г-на Марти и Ко продемонстрировало почти такое же соотношение изотопов основного газа земной атмосферы, как и сегодня: за 3,5 млрд лет в этом смысле мало что изменилось. Если в какой-то момент магнитного поля у Земли не было, то это было не очень долго и на изотопный состав её газовой оболочки не повлияло.

Более того, изменений не удалось найти не только в том, что касается разности изотопного состава по азоту, но и в давлении последнего. То есть азот — способный помогать парниковым газам в удержании тепла на планете — присутствовал в тех же количествах, что и нынче. На этом фоне некогда популярные идеи о том, что более плотная азотная атмосфера, позднее потерянная при естественной утечке в космос, стабилизировала климат молодой Земли, кажутся провальными...

Другой неожиданностью оказалось влияние континентальной коры на... климат. В пору формирования коры углекислый газ вместе с осадками выпадал на поверхность, участвуя в образовании вещества коры, а конкретнее — в рождении карбонатов на океанском дне. Чтобы понять, насколько быстро происходил этот процесс, Бернар Марти и его сотрудники обратились к содержанию аргона-40 в тех же образцах древнего кварца. Аргон не азот, и за этим «глубоким» замечанием скрывается то, что первоначально никакого аргона-40 в атмосфере не было вовсе. Образовался он после распада радиоактивного изотопа калия-40, и процесс этот идёт всю историю планеты. А вот калий-40 широко представлен в континентальной коре, то есть количество аргона-40, попадающего в атмосферу, прямо связано с присутствием калия-40 на поверхности.

Со временем в земной коре могло быть связано слишком много углекислого газа — и наступил первый ледниковый период
Аргона-40 в образцах оказалось примерно вдвое меньше, чем сегодня. Это очень неожиданный результат. Выходит, что за это время аргона получилось столько же, как и за весь последующий период. То есть, резюмирует исследователь, основная часть земной коры формировалась очень быстро, и между 3,5 и 2,8 млрд лет назад появилось 90% той континентальной коры, что мы видим сейчас.

Теоретически подобная ситуация означает, что связывание углекислого газ силикатами в «те годы» шло очень интенсивно, и мсье Марти полагает, что именно этот период быстрого формирования коры мог вызвать дефицит углекислого газ в атмосфере, после которого первый ледниковый период, начавшийся 2,5 млрд лет назад, выглядит вполне естественным. Парадокс слабого молодого Солнца кажется при этом вполне естественным, хотя данные исследователей, полученные столь косвенными методами, и отличаются от результатов других групп, а прояснение этого расхождения требует дальнейших изысканий.

Стоит также заметить, что основной причиной этого оледенения сегодня принято считать не столько чисто геологические процессы, сколько бурное развитие фотосинтезирующих организмов, использовавших углекислый газ для фотосинтеза («кислородная катастрофа»). Какой именно из этих факторов имел большее значение — только предстоит выяснить.

Источник: Astrobiology Magazine

Ключевые слова: интересно