Během Hadean Eon, asi před 4,5 miliardami let, byl svět mnohem odlišnějším místem než dnes. To bylo také během této doby, že odplyňování a sopečná aktivita vytvořila prvotní atmosféru složenou z oxidu uhličitého, vodíku a vodní páry.
Málo z této prapůvodní atmosféry zůstává a geotermální důkazy naznačují, že atmosféra Země mohla být úplně zničena alespoň dvakrát od svého vzniku před více než 4 miliardami let. Až donedávna si vědci nebyli jisti, co by mohlo způsobit tuto ztrátu.
Nová studie od MIT, Hebrejské Univeristy a Caltech však naznačuje, že za toto bombardování meteoritů mohlo být v tomto období zodpovědné.
K tomuto meteorickému bombardování došlo přibližně ve stejnou dobu, kdy byl vytvořen Měsíc. Intenzivní bombardování kosmických hornin by rozstoupilo oblaky plynu s dostatečnou silou, aby trvale vypustily atmosféru do vesmíru. Takové dopady mohly také odpálit další planety a dokonce odloupnout atmosféru Venuše a Marsu.
Ve skutečnosti vědci zjistili, že malé planetesimály mohou být mnohem účinnější než velké impaktory - jako je Theia, jejíž střet se Zemí je považován za Měsíc - při řízení atmosférických ztrát. Podle jejich výpočtů by bylo rozptýleno většiny atmosféry obrovský dopad; ale společně by mnoho malých dopadů mělo stejný účinek.
Hilke Schlichting, odborná asistentka ministerstva Země, atmosféry a planetárních věd MIT, říká, že porozumění řidičům antické atmosféry Země může vědcům pomoci identifikovat rané planetární podmínky, které podporovaly život k formování.
"[Toto zjištění] nastavuje velmi odlišné počáteční podmínky pro to, jak byla atmosféra rané Země nejpravděpodobnější," říká Schlichting. "To nám dává nový výchozí bod pro snahu pochopit, jaké bylo složení atmosféry a jaké byly podmínky pro rozvoj života."
A co víc, skupina zkoumala, kolik atmosféry bylo zachováno a ztraceno po nárazech s obřími, většími a většími tělesy Mars as menšími nárazovými tělesy měřícími 25 km nebo méně.
Zjistili, že střet s nárazovým tělesem tak masivním, jako je Mars, by měl nezbytný účinek, který by generoval masivní rázovou vlnu skrz zemský vnitřek a potenciálně by vystřelil významnou část atmosféry planety.
Vědci však zjistili, že k takovým dopadům pravděpodobně nedošlo, protože by to změnilo vnitřní prostor Země na homogenní kal. Vzhledem k výskytu různých prvků pozorovaných uvnitř zemského vnitřku se taková událost v minulosti nezdá.
Naproti tomu řada menších nárazových těles by vyvolala explozi různých druhů, která by uvolnila oblak trosek a plynu. Největší z těchto nárazových těles by byl dostatečně silný, aby mohl vypustit veškerý plyn z atmosféry bezprostředně nad nárazovou zónou. Pouze menší část této atmosféry by byla ztracena po menších dopadech, ale tým odhaduje, že desítky tisíc malých nárazových těles by ji mohly vytáhnout.
K takovému scénáři došlo pravděpodobně před 4,5 miliardami let během Hadean Eon. Toto období bylo jedním z galaktických chaosů, protože stovky tisíc vesmírných hornin se točily kolem sluneční soustavy a mnoho z nich se podle všeho střetlo se Zemí.
"Určitě jsme tehdy měli všechny tyto menší dopady," říká Schlichting. "Jeden malý dopad se nemůže zbavit většiny atmosféry, ale kolektivně jsou mnohem účinnější než obří dopady a mohou snadno vypustit veškerou zemskou atmosféru."
Schlichting a její tým si však uvědomili, že celkový efekt malých dopadů může být při řízení atmosférických ztrát příliš účinný. Ostatní vědci změřili atmosférické složení Země ve srovnání s Venuší a Marsem; a ve srovnání s Venuší byly vzácné plyny Země vyčerpány 100krát. Pokud by tyto planety byly ve své rané historii vystaveny stejnému blesku malých nárazových těles, Venuše by dnes neměla žádnou atmosféru.
Ona a její kolegové se vrátili k scénáři malého dopadu, aby se pokusili vysvětlit tento rozdíl v planetární atmosféře. Na základě dalších výpočtů tým identifikoval zajímavý efekt: Jakmile je ztracena polovina atmosféry planety, je pro malé nárazové hlavice mnohem jednodušší vypustit zbytek plynu.
Vědci počítali, že atmosféra Venuše by musela začít jen o něco těžší než Země, aby malé nárazové těleso narušilo první polovinu zemské atmosféry a přitom Venuši neporušilo. Od této chvíle Schlichting popisuje tento jev jako „utečený proces - jakmile se dokážete zbavit první poloviny, druhá polovina je ještě snazší.“
To vyvolalo další důležitou otázku: Co nakonec nahradilo zemskou atmosféru? Na základě dalších výpočtů našla Schlichting a její tým stejné impaktory, že vypuzený plyn mohl také zavést nové plyny nebo těkavé látky.
"Když dojde k nárazu, roztaví to planetesimal a jeho těkavé látky mohou jít do atmosféry," říká Schlichting. "Mohou nejen vyčerpat, ale doplnit část atmosféry."
Skupina vypočítala množství těkavých látek, které mohou být uvolněny horninou dané kompozice a hmoty, a zjistila, že významná část atmosféry mohla být doplněna dopadem desítek tisíc vesmírných hornin.
"Naše čísla jsou realistická, vzhledem k tomu, co víme o těkavém obsahu různých hornin, které máme," poznamenává Schlichting.
Jay Melosh, profesor pozemských, atmosférických a planetárních věd na Purdue University, říká, že Schlichtingův závěr je překvapivý, protože většina vědců předpokládala, že zemská atmosféra byla odstraněna jediným obrovským dopadem. Jiné teorie, říká, vyvolávají silný tok ultrafialového záření ze slunce a „neobvykle aktivní sluneční vítr“.
"Jak Země ztratila svou prapůvodní atmosféru, je dlouhodobým problémem a tento dokument jde dlouhou cestou k vyřešení této záhady," říká Melosh, který k výzkumu nepřispěl. "Život začal na Zemi asi tentokrát, a tak odpověď na otázku, jak byla ztracena atmosféra, nám říká o tom, co mohlo zahájit původ života."
Do budoucna Schlichting doufá, že podrobněji prozkoumá podmínky, které jsou základem rané formace Země, včetně souhry mezi uvolněním těkavých látek z malých nárazových těles a ze starověkého magmatického oceánu Země.
"Chceme spojit tyto geofyzikální procesy a zjistit, jaké bylo nejpravděpodobnější složení atmosféry v čase nula, kdy se Země právě formovala, a doufejme, že identifikujeme podmínky pro vývoj života," říká Schlichting.
Schlichting a její kolegové zveřejnili své výsledky v únorovém vydání časopisu Icarus.
