Новости искусства

В aрxeйскиx вулкaничeскиx бaзaльтoвыx, гoрныx пoрoд, вoзрaст 2,74 млн лeт сoxрaнились слeды пузырькoв гaзa, зaxвaчeнныx в срeдe жидкoй лaвы. Мeждунaрoднaя группa гeoфизикoв, oриeнтируясь нa рaзмeр этиx слeдoв, рaссчитaлa дaвлeниe нa стaрoй плaнeтe. Этo oкaзaлoсь в двa рaзa мeньшe сoврeмeннoй. Пo слoвaм учeныx, стoль низкoe дaвлeниe связaнo с нeбoльшим кoличeствoм aзoтa в aрxeйскoй aтмoсфeрe. Низкoй плoтнoсти aтмoсфeры oзнaчaeт, чтo вaжныe oсoбeннoсти физикo-xимичeскиx прoцeссoв дoлжны быть скoррeктирoвaны. Крoмe того, раньше считалось, что потепление было обусловлено усиленным поглощением инфракрасного излучения плотной атмосферой. Новые данные заставляют пересмотреть и эту гипотезу. Скорее всего, замена — высокую концентрацию парниковых газов, вероятно, метана.

Трудно представить себе тему более манящую, но и менее доступный для исследования, чем в начале земной жизни. Основной проблемой здесь является не отсутствие идей, но необычайно надежных материалов, свидетельств тех ушедших эпох. Речь идет о архее, то есть о времена, около 3,8–2,7 млрд. лет назад. С тех пор, немногие, которые выжили в бурной истории планетарной трансформации. Тем ценнее те твердые крупицы реальной информации, на основе которых можно построить здание гипотезы, проверяемые. Новый блок, такая информация используется учеными из Вашингтонского университета, вместе с коллегами из Университета Западной Австралии и Музей природы и науки в Денвере (США) для реконструкции древней атмосферы Земли. Их выводы заставляют серьезно пересмотреть или, по крайней мере, задуматься о решении, принятом сегодня, гипотетический портрет старой Земли.

Эта команда уже несколько лет занимается изучение архейских отложений в районе Пилбара (Пилбара) в Австралии. В этом случае, они работали с камнями формирование Бунгал (Boongal Formation). Возраст этих месторождений оценивается как поздний архей, то есть 2,75 млрд. лет назад. Это довольно интересный возраст: атмосфера планеты в этот период не слишком далеко ушел от состояния в начале жизни на земле. По крайней мере, до начала кислорода революции осталось еще 300 миллионов лет.

В формировании Бунгал являются вулканических слоев, местами, как показывают особенности их структуры, формировавшихся в прибрежной морской полосе. Для геологов это означает, что языки лавы застывали на поверхности земли, а не под землей или под слоем воды на океаническом дне, и на нулевой высоте над уровнем моря, и не на км, в вулканическом кратере. Именно в этих древних памятников, ландшафтов и поднял ученые, чтобы решить вопрос об измерении атмосферного давления. С других неизвестных параметров — сомнительно, восстановленные над слоями земли породы, или глубина океана, или высота над уровнем моря — задача, может быть, в лучшем случае, с точностью, но, скорее всего, не будет колебаться вообще. Но для избранных палеоландшафтов этими факторами можно было пренебречь.

Материальная база для реконструкции имеют следы пузырьков газа, захваченных лавовыми потоками в атмосфере при застывании. Естественно, на миллиарды лет до самой атмосферы в эти пузырьки воздуха, практически не осталось ничего. Они заместились элементы материнской породы и полезные ископаемые среднего, превратилось в пятна другого цвета, состава и текстуры. Но сохранилась неизменной их круглой формы. Если бы сама порода деформировалась или для той или иной причине чувствовали дополнительное давление, пузыри бы сплющились бы появились трещины. И ни тот, ни другой, так что и размер пузырьковых пятна не изменилось за долгую историю преобразования пород. Таким образом, опираясь на размер пятен, можно вычислить и давление на который они были сформированы. Размер пузырей на поверхности лавы контролируется только атмосферное давление, а с увеличением глубины потока лавы к атмосферному давлению добавляется давление от вулканического материала. На поверхности пузырьков, ниже — меньше. Зная разницу в размере пузырьков воздуха на различных глубинах и параметры вулканического материала, что определяет давление в колонке потока, можно оценить давление. Этот метод был уже успешно испытан для измерения атмосферного давления на различных высотах над уровнем моря, для более молодых вулканических отложений Турции и Китая.

Следы пузырьков газа в базальтовых порода на формирование Бунгал. Стрелка показывает на маршрут с концентрическими кругами, которые подтверждают постепенное и последующего наполнения пузыря. Форма следов округлая и трещины вокруг пузырьков не видно. Длина масштабного отрезка 1 см. Фото из обсуждаемых статей в Nature

Так вот размер пузырьков в различных слоях вулканического базальта, вот мощность вулканических слоев, пузырь, вот плотность расплавленного базальта. Из этих данных легко вычислить давление древняя атмосфера: 0,23±0,23 атм. Для оценки достоверности столь низкие значения легко. Но ученые сослались на свои предыдущие заключения (S. M. Som et al., 2012. Air density 2.7 billion years ago limited to less than два раза в современном levels by fossil raindrop imprints), которые были сделаны на основе изучения следов древних дождевых капель, сохранившихся примерно в те же архейских слоев. Когда известно, настроение романтическое, вы можете себе представить, как в безветрии падают на черный пепел капли дождя, покрывая его оспинами влажные отверстия, в воздухе пахнет нашатырной свежесть, метановое молчание нарушается визгливым перестуком капель. Эта самая старая инталия запечатанная тонкий слой пыли, и сохранило навсегда в камне память о прошлом дождь.

Но сухие физические расчеты оставить в скобках изумления перед чудо природы, принимая в расчет только глубину отверстий от тех, капли дождя. Их можно измерить, и на эти измерения, чтобы оценить скорость падения капли, и, зная эту скорость, перейдите на плотность атмосферы. Капли дождя дали значение давление порядка 0,52–1,1 атм, что более вероятно, ученые увидели, что ниже оценки в 0,52 атм и не выше 1,1 атм. С учетом прежних и новых данных был принят в размере 0,5 атм для атмосферы позднего архея. Низкое давление связано с существенно более низкого содержания в ней азота. В отсутствие кислорода выветривания магматических пород, его значение должно быть по крайней мере меньше половины, чем в современной атмосфере. Вероятно, азот присутствует в атмосфере в виде аммиачных и цианистых соединений.

Что дает столь низкого давления для реконструкции других, косвенных условиях на самой старой Земле? Известно, что, в то время как на планете было, текучая, не замерзшая вода, оледенения не было. На блеск Солнца, и это было затем, примерно на 20% больше, бледно-современный — какие условия должны быть, чтобы обеспечить сохранение тепла. Считалось, что такими утеплителями могут служить в плотной атмосфере инфракрасного поглощения, и высокое содержание двуокиси углерода, которая обеспечивает парниковый эффект. Но если атмосфера из этого списка вычеркнуть, остается только двуокись углерода. А доля его в атмосфере, по имеющимся данным, не было так велико, для поддержки подходит для обогрева планеты. Таким образом, основная роль в этом процессе принадлежит другой парниковых газов, например метану.

Кроме того, атмосферного давления предполагают, что вода закипала значительно более низкой температуре 58°C. это Означает, скорость и направление процессов, различных химических, начиная с сегодняшнего дня. Также, отличается и скорость фотохимической реакции фракционирования изотопов серы (см. Масс-независимого fractionation), которые происходят под действием ультрафиолетового излучения. По всей вероятности, потребуются новые расчеты, масс-независимого фракционирования с подкорректированными атмосферных параметров. Потому что на них основана большая часть рассуждений о климате и условиях жизни на старой планете.

Источники:

1) Sanjoy М. Сомов, Roger Buick, James W. Hagadorn, Tim S. Blake, John M. Perreault, Jelte P. Harnmeijer and David C. Catling. Earth’s air pressure 2.7 billion years ago constrained to less than half of modern levels // Nature Geoscience. Published online 09 May 2016. DOI: 10.1038/ngeo2713.

2) Sanjoy М. Сомов, David C. Catling, Jelte P. Harnmeijer, Peter M. Polivka, Roger Buick. Air density 2.7 billion years ago limited to less than два раза в современном levels by fossil raindrop imprints // Природа. 2012. Ст. 484. P. 359-362. DOI: 10.1038/nature10890.

Елена Наймарк