Астробіолог використовує зразки місячного ґрунту Аполо для дослідження ранньої Землі

Дослідження історії Землі викликає чимало запитань у геологів та астробіологів, оскільки умови навколишнього середовища на ранній Землі залишаються загадкою. Це пов'язано з тим, що традиційні шляхи для розуміння історії нашої планети були втрачені в часі через активну геологію та атмосферну ерозію.

Однак, у новому та оригінальному підході, Джаред Лендрі, аспірант з астробіології в Інституті науки про життя Землі в Токіо (ELSI), розпочав аналіз зразків місячного ґрунту з поверхні ближнього боку Місяця, використовуючи їх як дзеркало для дослідження ранньої Землі.

Лендрі зазначив, що попередні дослідження показали, що гази з верхніх шарів атмосфери Землі накопичувалися та фіксувалися на поверхні Місяця протягом мільярдів років. Це відбувається тому, що ці хімічні сполуки іонізуються (стають електрично зарядженими) перед тим, як їх захоплює магнітний сонячний вітер. Хоча цей процес триває вже мільярди років, Лендрі зосередився на епосі приблизно 3,5 мільярда років тому, під час архейської ери, яка охоплює період від 2,5 до 4,0 мільярдів років тому.

Чому це важливо?

Розуміння атмосфери Землі є ключовим для визначення середовища, в якому виникло та еволюціонувало життя. Лендрі підкреслив, що процеси на поверхні, концентрації молекул та клімат значно залежать від складу атмосфери.

Механізм, за допомогою якого ці хімічні сполуки покидають атмосферу Землі, пов'язаний з унікальним вихідним каналом, через який проходить Місяць під час частини свого орбіту. Оскільки Місяць перебуває в цьому каналі лише частину свого орбіту, Лендрі довелося врахувати це, щоб визначити, скільки матеріалу покидало атмосферу Землі та потрапляло на поверхню Місяця під час архейської ери.

Основні висновки

Головний висновок з дослідження Лендрі полягає в тому, що зразки з Місяця підтверджують гіпотезу про те, що архейська атмосфера була багатшою на сірку, ніж сьогодні. Це дозволило виникнути багатьом важливим преорганічним та біотичним шляхам у водному середовищі.

Внаслідок цього архейський океан, ймовірно, отримував значні кількості сірки, що сприяло синтезу складних органічних сполук. Важливо, що модель Лендрі вказує на те, що архейська атмосфера містила приблизно в сто разів більше вуглекислого газу, ніж сьогодні.

Вчений-астронавт Гаррісон Х. Шмітт, пілот місячного модуля, збирає зразки місячного ґрунту під час першої EVA (позаземної діяльності) місії Аполо 17. Кредит: NASA

Подолання парадоксу тьмяного Сонця

Оскільки наше Сонце було значно менш яскравим 3,5 мільярда років тому, попередні дослідження оцінили, що для того, щоб подолати ефекти тьмяного молодого Сонця і щоб Земля мала рідкий океан, нашій планеті було потрібно приблизно десяту частину атмосфери парникового газу вуглекислого газу. Лендрі зазначив, що його модель передбачає, що Земля мала трохи менше цієї кількості під час архейської ери.

Лендрі також врахував потоки давнього сонячного вітру, а також кількість гранульованого метеоритного матеріалу, що потрапляє на поверхню Місяця. Модель Лендрі розраховує для одного зразка місячного ґрунту з усіх цих різних джерел, і вона вказує, що додаткове джерело має бути з Землі.

Зразки свідчать про високу концентрацію вуглекислого газу та метану, достатню для подолання тьмяного молодого Сонця та підтримки рідкого океану. Лендрі зазначив, що важко підтримувати таку кількість сірки, тому, мабуть, існував якийсь процес, який не відбувається сьогодні, щоб сірка не розчинялася в океанах. Для цього потрібно або мати низьку гідрологічну активність, або прохолодне середовище, чого сьогодні немає.

Всі місячні зразки з місій Аполо походять з ближнього боку, який отримував потоки з Землі. Лендрі стверджує, що, поки зразок має вікову прив'язку, неважливо, звідки на ближньому боці він походить.

Що далі?

Лендрі планує визначити, якою точно була температура в архейську еру і яким був вигляд океану. Основна мета – визначити, які хімічні сполуки були б присутніми і до яких типів преорганічної хімії це могло б призвести. Цей вид аналізу можливий для будь-якої земної системи і може бути застосований до Марса, супутника Фобоса та, потенційно, до крижаних супутників зовнішньої сонячної системи.

Що стосується Землі?

Чи могла хімія преорганічної Землі бути більш розвиненою, ніж очікувалося 3,5 мільярда років тому?

Можливо, не більш розвиненою, але іншою, зазначив Лендрі. Сірка, ймовірно, недооцінюється, і багато людей працюють над тим, щоб зрозуміти роль, яку вона відіграла в виникненні та розвитку життя на Землі.