Κατά τη διάρκεια του Hadean Eon, περίπου 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, ο κόσμος ήταν ένα πολύ διαφορετικό μέρος από ό, τι είναι σήμερα. Ήταν επίσης κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου που η υπεραξία και η ηφαιστειακή δραστηριότητα παρήγαγαν την αρχέγονη ατμόσφαιρα που αποτελείται από διοξείδιο του άνθρακα, υδρογόνο και υδρατμούς.
Λίγη από αυτήν την αρχέγονη ατμόσφαιρα παραμένει και γεωθερμικά στοιχεία δείχνουν ότι η ατμόσφαιρα της Γης μπορεί να έχει εξαλειφθεί εντελώς τουλάχιστον δύο φορές από τον σχηματισμό της πριν από περισσότερα από 4 δισεκατομμύρια χρόνια. Μέχρι πρόσφατα, οι επιστήμονες ήταν αβέβαιοι για το τι θα μπορούσε να προκαλέσει αυτή την απώλεια.
Αλλά μια νέα μελέτη από το MIT, το Εβραϊκό Πανεπιστήμιο και τον Caltech δείχνει ότι ο έντονος βομβαρδισμός των μετεωριτών κατά την περίοδο αυτή μπορεί να ήταν υπεύθυνος.
Αυτός ο μετεωρικός βομβαρδισμός θα είχε πραγματοποιηθεί περίπου την ίδια στιγμή που σχηματίστηκε η Σελήνη. Ο έντονος βομβαρδισμός των διαστημικών πετρωμάτων θα είχε προκαλέσει σύννεφα αερίου με αρκετή δύναμη για να εκτοξεύσει μόνιμα την ατμόσφαιρα στο διάστημα. Τέτοιες επιπτώσεις μπορεί να έχουν επίσης εκτοξεύσει άλλους πλανήτες, ακόμη και να ξεφλουδίσουν τις ατμόσφαιρες της Αφροδίτης και του Άρη.
Στην πραγματικότητα, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα μικρά πλανητικά πλάσματα μπορεί να είναι πολύ πιο αποτελεσματικά από τα μεγάλα κρουστικά κρούσματα - όπως η Θεία, της οποίας η σύγκρουση με τη Γη πιστεύεται ότι έχει σχηματίσει τη Σελήνη - οδηγώντας στην ατμοσφαιρική απώλεια. Με βάση τους υπολογισμούς τους, θα χρειαζόταν τεράστια επίδραση για να διαλύσει το μεγαλύτερο μέρος της ατμόσφαιρας. αλλά μαζί, πολλές μικρές επιπτώσεις θα έχουν το ίδιο αποτέλεσμα.
Ο Hilke Schlichting, επίκουρος καθηγητής στο Τμήμα Γης, Ατμοσφαιρικών και Πλανητικών Επιστημών του MIT, λέει ότι η κατανόηση των οδηγών της αρχαίας ατμόσφαιρας της Γης μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να εντοπίσουν τις πρώτες πλανητικές συνθήκες που ενθάρρυναν τη ζωή να σχηματιστεί.
«[Αυτό το εύρημα] θέτει μια πολύ διαφορετική αρχική προϋπόθεση για το πώς ήταν πιθανότατα η ατμόσφαιρα της πρώτης Γης», λέει ο Schlichting. «Μας δίνει ένα νέο σημείο εκκίνησης για να προσπαθήσουμε να καταλάβουμε ποια ήταν η σύνθεση της ατμόσφαιρας και ποιες ήταν οι προϋποθέσεις για την ανάπτυξη της ζωής».
Επιπλέον, η ομάδα εξέτασε πόση ατμόσφαιρα διατηρήθηκε και έχασε μετά τις επιπτώσεις με γιγάντιους, μεγέθους Άρη και μεγαλύτερα σώματα και με μικρότερα κρουστικά μεγέθη μήκους 25 χιλιομέτρων ή λιγότερο.
Αυτό που βρήκαν ήταν ότι η σύγκρουση με ένα κρουστικό εκκρεμές όσο ο Άρης θα είχε το απαραίτητο αποτέλεσμα να δημιουργήσει ένα τεράστιο κύμα από το εσωτερικό της Γης και ενδεχομένως να εκτοξεύσει ένα σημαντικό μέρος της ατμόσφαιρας του πλανήτη.
Ωστόσο, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι μια τέτοια επίδραση δεν ήταν πιθανό να είχε συμβεί, καθώς θα είχε μετατρέψει το εσωτερικό της Γης σε ένα ομοιογενές πολτό. Δεδομένης της εμφάνισης διαφορετικών στοιχείων που παρατηρούνται στο εσωτερικό της Γης, ένα τέτοιο γεγονός δεν φαίνεται να έχει συμβεί στο παρελθόν.
Αντίθετα, μια σειρά μικρότερων κρουστικών κρούσεων θα προκαλούσε έκρηξη, απελευθερώνοντας ένα θραύσμα από συντρίμμια και αέρια. Ο μεγαλύτερος από αυτούς τους κρουστικούς εκκρεμούς θα ήταν αρκετά ισχυρός για να εκτοξεύσει όλο το αέριο από την ατμόσφαιρα ακριβώς πάνω από τη ζώνη κρούσης. Μόνο ένα κλάσμα αυτής της ατμόσφαιρας θα χαθεί μετά από μικρότερες κρούσεις, αλλά η ομάδα εκτιμά ότι δεκάδες χιλιάδες μικρές κρούσεις θα μπορούσαν να την είχαν τραβήξει.
Ένα τέτοιο σενάριο πιθανότατα συνέβη πριν από 4,5 δισεκατομμύρια χρόνια κατά τη διάρκεια του Hadean Eon. Αυτή η περίοδος ήταν μια από το γαλαξιακό χάος, καθώς εκατοντάδες χιλιάδες διαστημικοί βράχοι στροβιλίστηκαν γύρω από το ηλιακό σύστημα και πολλοί πιστεύεται ότι συγκρούστηκαν με τη Γη.
«Σίγουρα, τότε είχαμε όλους αυτούς τους μικρότερους κρουστικούς κρούστες», λέει ο Schlichting. «Ένας μικρός αντίκτυπος δεν μπορεί να απαλλαγεί από το μεγαλύτερο μέρος της ατμόσφαιρας, αλλά συλλογικά, είναι πολύ πιο αποτελεσματικοί από τους γιγάντιους αντίκτυπους και θα μπορούσαν εύκολα να εκτοξεύσουν όλη την ατμόσφαιρα της Γης».
Ωστόσο, η Schlichting και η ομάδα της συνειδητοποίησαν ότι το συνολικό αποτέλεσμα των μικρών επιπτώσεων μπορεί να είναι πολύ αποτελεσματικό στην οδήγηση ατμοσφαιρικής απώλειας. Άλλοι επιστήμονες έχουν μετρήσει την ατμοσφαιρική σύνθεση της Γης σε σύγκριση με την Αφροδίτη και τον Άρη. και σε σύγκριση με την Αφροδίτη, τα ευγενή αέρια της Γης έχουν εξαντληθεί 100 φορές. Εάν αυτοί οι πλανήτες είχαν εκτεθεί στο ίδιο χτύπημα μικρών κρουστών στην πρώιμη ιστορία τους, τότε η Αφροδίτη δεν θα είχε ατμόσφαιρα σήμερα.
Εκείνη και οι συνάδελφοί της επέστρεψαν στο σενάριο μικρών επιπτώσεων για να προσπαθήσουν να λάβουν υπόψη αυτή τη διαφορά στις πλανητικές ατμόσφαιρες. Με βάση περαιτέρω υπολογισμούς, η ομάδα εντόπισε ένα ενδιαφέρον αποτέλεσμα: Μόλις χαθεί η ατμόσφαιρα του μισού πλανήτη, γίνεται πολύ πιο εύκολο για τους μικρούς κρουστικούς παράγοντες να εκτοξεύσουν το υπόλοιπο αέριο.
Οι ερευνητές υπολόγισαν ότι η ατμόσφαιρα της Αφροδίτης θα έπρεπε να ξεκινήσει λίγο πιο μαζική από τη Γη, προκειμένου οι μικρές κρούσεις να διαβρώσουν το πρώτο μισό της ατμόσφαιρας της Γης, διατηρώντας παράλληλα ανέπαφο την Αφροδίτη. Από εκείνο το σημείο, ο Schlichting περιγράφει το φαινόμενο ως «διαδικασία διαφυγής - μόλις καταφέρετε να απαλλαγείτε από το πρώτο ημίχρονο, το δεύτερο ημίχρονο είναι ακόμα πιο εύκολο.»
Αυτό προκάλεσε ένα άλλο σημαντικό ερώτημα: Τι αντικατέστησε τελικά την ατμόσφαιρα της Γης; Μετά από περαιτέρω υπολογισμούς, η Schlichting και η ομάδα της βρήκαν τους ίδιους κρουστικούς παράγοντες που η εκτόξευση αερίου μπορεί επίσης να έχει εισαγάγει νέα αέρια ή πτητικά.
«Όταν συμβαίνει μια κρούση, λιώνει το πλανητικό μέγεθος και τα πτητικά του μπορούν να εισέλθουν στην ατμόσφαιρα», λέει ο Schlichting. «Δεν μπορούν μόνο να εξαντλήσουν, αλλά να αναπληρώσουν μέρος της ατμόσφαιρας.»
Η ομάδα υπολόγισε την ποσότητα πτητικών που μπορεί να απελευθερωθεί από ένα βράχο μιας δεδομένης σύνθεσης και μάζας, και διαπίστωσε ότι ένα σημαντικό μέρος της ατμόσφαιρας μπορεί να έχει αναπτυχθεί από την επίδραση δεκάδων χιλιάδων διαστημικών πετρωμάτων.
«Οι αριθμοί μας είναι ρεαλιστικοί, δεδομένου ότι γνωρίζουμε για το πτητικό περιεχόμενο των διαφόρων πετρωμάτων που έχουμε», σημειώνει ο Schlichting.
Ο Jay Melosh, καθηγητής της γης, των ατμοσφαιρικών και των πλανητικών επιστημών στο Πανεπιστήμιο Purdue, λέει ότι το συμπέρασμα του Schlichting είναι εκπληκτικό, καθώς οι περισσότεροι επιστήμονες έχουν υποθέσει ότι η ατμόσφαιρα της Γης εξαλείφθηκε από ένα μοναδικό, τεράστιο αντίκτυπο. Άλλες θεωρίες, λέει, επικαλούνται μια ισχυρή ροή υπεριώδους ακτινοβολίας από τον ήλιο, καθώς και έναν «ασυνήθιστα ενεργό ηλιακό άνεμο».
«Το πώς η Γη έχασε την αρχέγονη ατμόσφαιρά της ήταν ένα μακροχρόνιο πρόβλημα και αυτό το έγγραφο προχωράει πολύ προς την επίλυση αυτού του αινίγματος», λέει ο Melosh, ο οποίος δεν συνέβαλε στην έρευνα. «Η ζωή ξεκίνησε στη Γη περίπου αυτή τη φορά, και έτσι απαντώντας στην ερώτηση για το πώς χάθηκε η ατμόσφαιρα, μας λέει τι θα μπορούσε να ξεκίνησε την προέλευση της ζωής».
Προχωρώντας προς τα εμπρός, ο Schlichting ελπίζει να εξετάσει πιο προσεκτικά τις συνθήκες που διέπουν τον πρώιμο σχηματισμό της Γης, συμπεριλαμβανομένης της αλληλεπίδρασης μεταξύ της απελευθέρωσης πτητικών από μικρές κρούσεις και από τον αρχαίο ωμό ωμό της Γης.
«Θέλουμε να συνδέσουμε αυτές τις γεωφυσικές διεργασίες για να προσδιορίσουμε ποια ήταν η πιο πιθανή σύνθεση της ατμόσφαιρας στο χρόνο μηδέν, όταν μόλις σχηματίστηκε η Γη, και ελπίζουμε να εντοπίσουμε συνθήκες για την εξέλιξη της ζωής», λέει ο Schlichting.
Η Schlichting και οι συνάδελφοί της έχουν δημοσιεύσει τα αποτελέσματά τους στην έκδοση του Φεβρουαρίου του περιοδικού Icarus.
