Древняя Земля не была слишком холодной или горячей
Теории о первых днях истории нашей планеты сильно различаются. Некоторые исследования нарисовали картину снежной Земли, когда большая часть поверхности была заморожена. Другие теории включали периоды, которые были негостеприимно горячими для большинства современных форм жизни.
Новые исследования Вашингтонского университета (UW) указывают на более мягкую молодость нашей планеты. Анализ температуры на протяжении ранней истории Земли, опубликованный 2 апреля в «Proceedings of the National Academy of Sciences», показывает более умеренные средние температуры на протяжении миллиардов лет, когда жизнь медленно развивалась на Земле.
«Идеи об окружающей среде ранней Земли много, от очень жаркого мира до мира, запертого в постоянном ледниковом периоде, от мира с кислотными океанами до мира с морской водой, настолько щелочной, что она убила бы вас», — сказал Дэвид Кэтлинг, профессор наук о Земле и космосе. «Наши симуляции показывают, что в раннем мире Земли была примерно такая же средняя температура, как сегодня, и pH морской воды был в пределах примерно одной единицы нейтрали.»
Предыдущие исследования показали, что средние температуры в эпоху Архея, от 4 до 2,5 миллиардов лет назад, были ниже минус 25 градусов Цельсия. По другим оценкам, основанным на различных интерпретациях фактических данных, средние температуры достигали 85 градусов Цельсия, при которых могут выжить только очень теплолюбивые микробы, которые сейчас существуют в горячих источниках.
Новые результаты указывают на диапазон возможных температур от 0 до 50 градусов Цельсия.
«Наши результаты показывают, что Земля имела умеренную температуру практически на протяжении всей своей истории, и это связано с обратными связями атмосферных явлений — они хорошо справляются с поддержанием обитаемого климата», — сказал Джошуа Криссансен-Тоттон, докторант UW в области наук о Земле и космосе.
Чтобы создать свою оценку, исследователи взяли самое последнее понимание того, как взаимодействуют минералы, океаны и температура воздуха, и поместили это в компьютерное моделирование температуры Земли за последние 4 миллиарда лет. Их расчеты включали самую последнюю информацию о том, как происходит выветривание морского дна в геологические сроки и в различных условиях.
Хотя мы не думаем о том, что ветер и дождь влияют на морское дне, однако оно размывается, когда морская вода просачивается через скалы на дне океана. Углеродсодержащие молекулы осаждаются из воды, это процесс, связанный с температурой и кислотностью морской воды, в то время как другие химические вещества растворяются в воде.
Изображение: Joshua Krissansen-Totton/University of Washington
«Побочное воздействие на морское дно было важным для регулирования температуры ранней Земли, потому что в то время было меньше континентальной суши, а внутреннее пространство Земли было еще более жарким», — сказал Криссансен-Тоттон.
Авторы провели моделирование для многих возможных сценариев — размеров континентов, температурной чувствительности химического выветривания и других факторов, чтобы получить полный спектр возможных сценариев для средней температуры воздуха и рН океана на протяжении долгой истории.
«Мы получили первоначальный ответ, что ранняя Земля была прохладная и со слегка кислым океаном».
Это хорошая новость для поиска жизни на других планетах. Если температура Земли была довольно умеренной на протяжении всей ее истории, другие планеты, расположенные в обитаемой зоне, также должны сохранять достаточно стабильный климат, чтобы другие формы жизни могли развиваться.
«Нет ничего особо примечательного в этих процессах», — сказал Криссансен-Тоттон. «Они могут возникнуть на любой каменистой планете с океанами. Таким образом, другие планеты, которые находятся в обитаемой зоне, вероятно, будут иметь свой климат, стабилизированный до умеренных значений этими обратными связями выветривания. И это хорошо для поиска жизни, потому что вам нужны умеренные температуры в течение миллиардов лет, чтобы иметь стабильную среду для развития жизни.»
Больше информации: Joshua Krissansen-Totton, Giada N. Arney, David C. Catling. Constraining the climate and ocean pH of the early Earth with a geological carbon cycle model. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2018; 201721296 DOI: 10.1073/pnas.1721296115