Muinaisen etäisyyden spektrit, jotka ajautuivat Maahan 2, 7 miljardia vuotta sitten, antavat tutkijoille ensimmäisen katsauksen nuoren planeettamme yläkehän ilmakehän kemialliseen rakenteeseen.
Asiaan liittyvä sisältö
- Stargazers auttaa jäljittämään vasta kaatunutta meteoriittia Länsi-Australiassa
- Pidä silmäsi taivaalla Delta Aquarid -meteoreita varten tässä kuussa
- Tämä Startup haluaa avata vuoden 2020 olympialaiset ihmisen tekemällä meteorisuihkulla
Tutkimuksen mukaan maapallon muinaisessa yläilmakehässä oli noin sama määrä happea kuin nykyään, noin 20 prosenttia. Se päinvastoin kuin mitä tutkijat olettivat: Koska varhaisen maan alemmassa ilmakehässä oli vähän happea, tutkijoiden mielestä ylemmässä ilmakehässä ei ollut kaasua.
Tutkijoiden mukaan Nature- lehden tämän viikon numerossa yksityiskohtaisesti havainnot avaavat uuden kadun ilmakehän evoluution tutkimiseksi syvällä ajalla ja tarjoavat tuoreen kuvan siitä, kuinka maapallon ilmapiiri muuttui nykyiseen tilaansa.
"Kehittyvä ilmapiiri muutti monenlaisten geologisten prosessien kemiaa, joista jotkut ovat vastuussa jättimäisten mineraalivarojen muodostumisesta", sanoo johtava tutkimuksen kirjoittaja Andrew Tomkins Monashin yliopistosta Melbournessa, Australiassa. Joten tämä tutkimus "auttaa meitä ajattelemaan biosfääriä. -hydrosfääri-geosfäärin vuorovaikutukset ja miten ne ovat muuttuneet ajan myötä ”, hän selittää.
Tutkimuksessa käytetty etäisyys (eli mikrometeoriitit) otettiin talteen muinaisista kalkkikivinäytteistä Länsi-Australian Pilbaran alueelta. Kosmiset pallot sulaivat saapumisensa jälkeen maan ilmakehään noin 50 - 60 mailin korkeudessa.
"Ihmiset ovat löytäneet mikrometeoriitteja kivistä aikaisemmin, mutta kukaan ei ollut ajatellut käyttää niitä ilmakehän kemiaan", Tomkins sanoo.
Kun pienet esineet sulavat ja uudistuivat muinaisessa ilmakehässä, ne reagoivat ympäristössä olevan hapen kanssa ja muuttuivat. Tutkijat pystyivät tutkimaan näitä muinaisia mikrometeoriitteja nähdäkseen, mitä kemiallisia muutoksia he olivat käyneet ilmamatkansa aikana.
Pilbara-alue Länsi-Australiassa, missä tutkijat löysivät mikrometeoriitit (SimonKr doo / iStock) Tomkins ja hänen kollegansa havaitsivat mikroskoopin avulla, että mikrometeoriitit olivat kerran olleet metallisen raudan hiukkasia, jotka olivat muuttuneet rautaoksidimineraaleiksi happea altistettuaan.
Tutkijat väittävät, että jotta tällainen kemiallinen muutos tapahtuisi, Arkean eonin aikana (3, 9–2, 5 miljardia vuotta sitten) Maan ylemmässä ilmakehässä happipitoisuuksien on täytynyt olla paljon korkeampia kuin aiemmin ajateltiin.
Imperial College Lontoon kosmisen pölyn asiantuntijan tutkimuksen avustajan Matthew Gengen tekemät laskelmat osoittavat, että happipitoisuuden yläilmakehän olisi oltava noin 20 prosenttia - tai lähellä nykypäivän tasoa - havaintojen selittämiseksi.
"Minusta on todella jännittävää, että heillä on mahdollisesti tapa testata [ylempi] ilmakehän koostumus näiden mikrometeoriittien avulla", sanoo Pennsylvanian osavaltion yliopiston geotieteilijä Jim Kasting, joka ei ollut mukana tutkimuksessa.
Tomkins ja hänen tiiminsä uskovat heidän uusien tulostensa tukevan Kastingin ja muiden ehdotusta, jonka mukaan Maan ilmakehän arkeanin aikana oltiin pinottu, ala- ja yläilmakehän erotettiin utuisella keskikerroksella. Tämä kerros olisi koostettu kasvihuonekaasujen metaanista - tuotettuina suurina määrin varhaisissa metaania tuottavissa organismeissa, nimeltään “metanogeenit”.
Metaani olisi absorboinut ultraviolettivaloa ja vapauttanut lämpöä luomaan lämmin vyöhyke, joka esti eri ilmakehän kerrosten vertikaalisen sekoittumisen.
Tämän skenaarion mukaan sameuskerros olisi estänyt vertikaalista sekoittumista ”suureen hapettumistapahtumaan” 2, 4 miljardia vuotta sitten, kun fotosyntetisoivat sinileväbakteerit tuottivat happea riittävän suurina määrinä, että se voisi hajottaa metaanin.
"Happi ja metaani eivät mene hyvin yhteen, joten tämä hapen nousu olisi lopulta reagoinut metaanin järjestelmästä", Tomkins sanoo. "Metaanin poistaminen mahdollistaisi ylä- ja alailmakehän tehokkaamman sekoittumisen."
Tomkins painotti kuitenkin, että tämä hypoteesi on vielä testattava, ja hän aikoo ryhtyä Kastingin kanssa kehittämään tietokonemalleja, joilla simuloidaan pystysuuntaista sekoittumista ilmakehissä eri koostumusten kanssa.
"Olemme ottaneet näytteen ylemmästä ilmakehästä vain yhdessä ajankohdassa", Tomkins sanoo. "Seuraava vaihe on erottaa mikrometeoriitit kivistä, jotka kattavat laajan geologisen ajan, ja tarkastella laajoja muutoksia ylemmän ilmakehän kemiassa."
Lisätietoja tästä tutkimuksesta ja lisää Deep Carbon Observatory -sivustolta.
