Следы дождя выдали «парник» на Земле 2,7 млрд. лет назад

Следы дождевых капель в скалах Южной Африки свидетельствуют, что атмосфера ранней Земли была насыщена парниковыми газами и была несколько плотнее, чем современная воздушная оболочка планеты, что защищало ее океаны от замерзания, заявляют американские геологи в статье, опубликованной в журнале Nature.

Считается, что свойства «юного» Солнца сильно отличались от его современных черт. Оно вырабатывало примерно на треть меньше излучения, а пик излучения приходился на красную часть спектра. Земля получала гораздо меньше тепла, чем сегодня, и поэтому первичный океан планеты должен был замерзнуть, чего, однако, не происходило.

Группа геологов под руководством Санджоя Сома (Sanjoy Som) из университета штата Вашингтон в городе Сиэтл (США) искала способ проверить две конкурирующие теории, объясняющие этот феномен.

Первая, более общепринятая гипотеза, предполагает, что атмосфера Земли в эту эпоху состояла, в основном, из парниковых газов - углекислого газа, метана и других углеводородов, которые сохраняли тепло и на давали планете замерзнуть. Сторонники второй гипотезы считают, что первичный океан оставался жидким и теплым благодаря сверхплотной азотной атмосфере, действовавшей аналогично парниковым газам.

В 2010 году Сом и его коллеги изучали породы в окрестностях фермы Омдрайвлей (Omdraaivlei) у города Приска в центральной части ЮАР.

По словам исследователей, в этой местности залегают породы так называемой Камелдорнской формации, сформировавшейся в самом начале «эры» бактерий - неоархея, примерно 2,7 миллиарда лет назад. В это время воды мирового океана были наполнены многочисленными бактериями, питавшимися серой, железом и другой неорганикой и делавшие первые шаги к «изобретению» фотосинтеза.

Здесь исследователи обнаружили совершенно фантастическую находку - слой вулканического пепла, на поверхности которого капли дождя оставили свои следы. Ученые обработали поверхность породы раствором латекса, сняли полученные слепки и проанализировали их в лаборатории.

Как отмечают геологи, размеры «воронок» от падения капель зависит от скорости, с которой водяные «снаряды» ударяются о поверхность Земли. В свою очередь, скорость падения ограничивается плотностью атмосферы - чем плотнее воздух, тем медленнее будет падать капля и тем меньше будет след. Таким образом можно вычислить давление в давно минувшую эпоху, зная средний диаметр воронок от современных капель.

Для вычислений ученые собрали пепел от извержения исландского вулкана Эйяфьятлайокудль в 2010 году и извлекли небольшое количество пепла из почвы у гавайских вулканов, извергавшихся в позднем плейстоцене, примерно 10-20 тысяч лет назад.

Сом и его коллеги поместили небольшие кучки пепла на поддоны и поместили их на дно колодца глубиной в 30 метров. Затем они обрушили на подносы поток капель искусственного «дождя», зафиксировали их состояние, покрыв тонким слоем лака для волос, и измерили диаметр воронок.

Получив все необходимые данные, исследователи оценили плотность атмосферы в неоархее. По их расчетам, плотность атмосферы в ту эпоху примерно равнялась сегодняшней или превышала ее в 1,5 раза. Как полагают геологи, сравнительно низкое давление делает гипотезу азотового «щита» нереалистичной.

«Современная и древняя Земля выглядят как две совершенно разных планеты. Ограничение возможных значений давления является лишь первым шагом по определению состава атмосферы в эту эпоху. Дальнейшее изучение этих данных поможет расширить и даже удвоить список условий, при которых на экзопланетах может существовать жизнь земного типа», - заключает Сом.