Modele ewolucji Słońca wskazują, że było o 30 procent mniej jaśniejsze we wczesnej historii Ziemi niż obecnie. Nowe badanie i spojrzenie na księżyc Saturna Tytan dostarczyły wskazówek, w jaki sposób Słońce mogło utrzymać wystarczająco ciepłą wczesną Ziemię. Naukowcy twierdzą, że gęsta mgiełka organiczna, która otoczyła wczesną Ziemię kilka miliardów lat temu, mogła być podobna do mgły pokrywającej Tytana i chroniłaby wschodzące życie na planecie przed szkodliwym działaniem promieniowania ultrafioletowego, jednocześnie ocieplając planetę.
Eric Wolf z University of Colorado-Boulder i jego zespół uważają, że mgiełka organiczna składa się głównie z chemicznych produktów ubocznych metanu i azotu powstających w wyniku reakcji ze światłem. Gdyby cząstki zbijały się w większe, złożone struktury, układ znany jako fraktalny rozkład wielkości, wówczas najmniejsze cząstki oddziaływałyby z promieniowaniem krótkofalowym, podczas gdy większe struktury wykonane z mniejszych cząstek miałyby wpływ na dłuższe fale. Mgła nie tylko ochroniłaby Ziemię przed promieniowaniem UV, ale pozwoliłaby na gromadzenie się gazów takich jak amoniak, powodując ocieplenie szklarni i być może pomogłaby zapobiec zamarznięciu planety.
Inni badacze, w tym Carl Sagan, zaproponowali możliwe rozwiązania tego paradoksu „Wczesne słabe słońce”, który ogólnie dotyczył atmosfery z silnymi gazami cieplarnianymi, które mogłyby pomóc w izolacji Ziemi. Ale chociaż gazy te zablokowałyby promieniowanie, nie ogrzałyby Ziemi wystarczająco, by powstało życie.
„Ponieważ modele klimatyczne pokazują, że wczesna Ziemia nie mogła zostać ocieplona przez atmosferyczny dwutlenek węgla z powodu jej niskich poziomów, musiały być w to zaangażowane inne gazy cieplarniane”, powiedział Wolf. „Uważamy, że najbardziej logicznym wyjaśnieniem jest metan, który mógł być pompowany do atmosfery przez wczesne życie, które go metabolizowało”.
Symulacje laboratoryjne pomogły naukowcom stwierdzić, że zamglenie Ziemi prawdopodobnie składa się z nieregularnych „łańcuchów” agregatów cząstek o większych rozmiarach geometrycznych, podobnych do kształtu aerozoli, które, jak się uważa, zaludniają gęstą atmosferę Tytana. Przybycie statku kosmicznego Cassini do Saturna w 2004 r. Pozwoliło naukowcom badać Tytana, jedynego księżyca w Układzie Słonecznym z gęstą atmosferą i cieczą na powierzchni.
Wolf powiedział, że w okresie łucznictwa w atmosferze ziemskiej nie było warstwy ozonowej, która chroniłaby życie na naszej planecie. „Sugerujemy, że mgła metanowa chroniąca przed promieniowaniem UV na wczesnej Ziemi, nie tylko chroniłaby powierzchnię Ziemi, ale także chroniłaby znajdujące się pod nią gazy atmosferyczne - w tym potężny gaz cieplarniany, amoniak - które odegrałyby znaczącą rolę w zachowaniu wczesnej Ziemi ciepły."
Naukowcy oszacowali, że w tym okresie w atmosferze wczesnej Ziemi wytwarzanych jest rocznie około 100 milionów ton mgły. „Gdyby tak było, wczesna atmosfera ziemska dosłownie kapałaby z materii organicznej do oceanów, zapewniając mannę z nieba dla najwcześniejszego życia, aby się utrzymać”, powiedział członek zespołu Brian Toon, również z CU-Boulder.
„Metan jest kluczem do uruchomienia tego modelu klimatu, dlatego jednym z naszych celów jest teraz określenie, skąd i jak powstał”, powiedział Toon. Jeśli najwcześniejsze organizmy na Ziemi nie wytwarzały metanu, mógł powstać w wyniku uwolnienia gazów podczas erupcji wulkanicznych przed erupcją wulkanu lub po nim - hipoteza, która będzie wymagała dalszych badań.
To nowe badanie prawdopodobnie ponownie rozbudzi zainteresowanie kontrowersyjnym eksperymentem przeprowadzonym przez naukowców Stanleya Millera i Harolda Ureya w latach 50. XX wieku, w którym metan, amoniak, azot i woda zostały połączone w probówce. Po tym, jak Miller i Urey poprowadzili prąd przez mieszaninę, aby zasymulować skutki błyskawicy lub silnego promieniowania UV, rezultatem było stworzenie małej puli aminokwasów - budulców życia.
„Wciąż mamy wiele do zrobienia w celu dopracowania naszego nowego poglądu na wczesną Ziemię” - powiedział Wolf. „Uważamy jednak, że ten artykuł rozwiązuje szereg problemów związanych z zamgleniem, które istniały na wczesnej Ziemi i prawdopodobnie odegrało rolę w wyzwalaniu lub przynajmniej wspieraniu najwcześniejszego życia na planecie”.
Źródła: CU-Boulder, Science
