Химически анализ на определени скали древни седиментни седименти в различни части на света, извършено от международен изследователски екип, ръководен от изследовател от Център за петрографски и геохимични изследвания, ни позволи да получим най-старите данни, които имаме в момента за земната атмосфера.
Тези резултати показват, че повече от 4.000 милиони години, съставът на земната атмосфера е бил много подобен на този, който е съществувал милиард години по-късно, когато на повърхността на планетата се е развила микробна биосфера, която е източникът на разнообразието от живот, който познаваме днес.
Значението на атмосферата за развитието на живота
Това откритие, наскоро публикувано в списанието PNAS, може да осигури по-ясно разбиране на ранните процеси, довели до появата на живота на Земята. Доскоро учените имаха само много ограничени и разнообразни компютърни модели на ранните характеристики на атмосферата. Сега това изследване предлага ключови данни, които могат да помогнат за потвърждаване или опровергаване на някои от най-приетите теории за произхода на живота на нашата планета.
Предварително изследване на примитивната атмосфера
Този нов анализ се основава на предишно проучване, проведено през 2008 г., което показва, че скалите на брега на залив Хъдсън, в северен Квебек, са депозирани под формата на утайки преди повече от 4.300 милиарда години, няколкостотин милиона години след образуването на Земята.
Всъщност изследователите са открили, че атмосферата може да не е имала значително количество молекулярен кислород (O2) през този период. Свободният кислород започва да се натрупва едва милиарди години по-късно в резултат на кислородна фотосинтеза, извършвана от организми като цианобактерии, събитие, известно като Голямо окисление.
През цялото това време атмосферата беше съставена главно от водород (H2), метан (CH4), амоняк (NH3) Y водна пара (H2O), което определя условията за първите бактериални и археални форми на живот на планетата.
Парадоксът на младото и слабо слънце
Един от проблемите, които учените са открили при изучаването на този период, е това, което е известно като парадокс на младото и слабо слънце (наричан още Faint Young Sun Paradox на английски). Според оценки, преди 4.000 милиарда години Слънцето е било млада звезда, чиято яркост е била приблизително 30% по-ниска от днешната. Този факт трябваше да накара Земята да остане в напълно замръзнало състояние, особено поради разстоянието от Слънцето и липсата на парникови газове като тези, които познаваме днес.
Открити са обаче доказателства, че земната кора е помещавала течна вода, което предполага, че парниковите газове, които са съществували по това време, като напр метан, изигра критична роля за поддържането на Земята достатъчно топла, за да поддържа океаните. Това е ключова част от пъзела, включващ не само атмосферата на Земята, но и обитаемостта на планетата.
Ролята на първите микроорганизми
Еволюцията на живота в атмосферата не би била възможна без появата на първия микроорганизми. Тези едноклетъчни организми, известни като цианобактерии или синьо-зелени водорасли, започнаха да отделят кислород в атмосферата чрез процеса на кислородна фотосинтеза, преди няколко години 2.400 милиони години, което отбеляза началото на разговора Голямо окисление. Този кислород не само трансформира примитивната атмосфера, но също така постави основите за развитието на нови форми на живот, които успяха да се възползват от този газ за клетъчно дишане.
Първите форми на живот, съставени от прокариотни клетки, успяха да се адаптират към суровите условия на примитивната атмосфера и поставиха основите за еволюцията и диверсификацията на многоклетъчните живи същества, които ще се появят стотици милиони години по-късно.
Въздействие на голямо окисление
Събитието на Голямо окисление не само оказа въздействие върху първите анаеробни организми, но също така предизвика серия от заледявания, поради намаляването на парниковите газове като метан, който беше заменен от въглероден диоксид (CO2), по-малко ефективен при улавяне на топлина.
Тези заледявания, като Хуронско заледяване, са едни от най-старите епизоди в климатичната история на Земята. Имало е период, когато Земята може да е била напълно покрита с лед, понякога наричан състояние на лед. снежна топка земя. Въпреки тези екстремни климатични явления животът успя да процъфтява, да се адаптира и да продължи еволюцията си.
Хипотеза за произхода на живота
Относно произхода на живота през този период има различни хипотези. Най-приетата е тази на първична супа, предложен от учени като А. Опарин и JBS Haldane, които предполагат, че ранните океани съдържат химичните съединения, необходими за образуването на първите органични молекули. Те биха могли да взаимодействат при подходящи енергийни условия, като гръмотевични бури или хидротермални отвори, за да образуват първите аминокиселини, нуклеотиди и други молекули, които са от съществено значение за живота.
Бъдещи линии на изследване
Текущите изследвания върху примитивната атмосфера и нейната връзка с произхода на живота откриват нови пътища за изследване не само на миналото на нашата собствена планета, но и на възможността за живот в други светове. Планети като Марс и ледените луни на Сатурн и Юпитер са в светлината на прожекторите, за да разберем как животът може да се развие в екстремни атмосферни условия, подобни на тези на Земята в ранните години.
Тъй като учените изучават древните изкопаеми микроорганизми, като строматолити, и да анализираме атмосферите на екзопланети, ще разберем повече за способността на организмите да трансформират околната среда и условията, които позволяват обитаемостта на една планета в дългосрочен план.
Това ново проучване на атмосфера отпреди 4.000 милиарда години ни дава завладяващ прозорец към критично време в историята на Земята, което е фундаментално за развитието на живота, какъвто го познаваме.