Атмосфера ранней Земли была неблагоприятной для молний

В 1952 году Стэнли Миллер и Гарольд Юри заставили искры летать в заполненной газом колбе, которая должна была отражать состав атмосферы Земли около 3,8 миллиарда лет назад. Их результаты показали, что молния могла привести к пребиотическим молекулам, необходимым для эволюции жизни, таким как аминокислоты. В то время ученые думали, что ранняя атмосфера состояла в основном из метана и аммиака, но к 1990-м годам эксперты выступали за атмосферу, заполненную двуокисью углерода и молекулярным азотом. Теперь новое исследование предполагает, что состав первичной атмосферы Земли, вероятно, затруднял генерацию молнии, что могло увеличить время, необходимое для создания и накопления пребиотических молекул, важных для жизни.

Электроны ведут себя по-разному в атмосфере, состоящей из метана и аммиака, по сравнению с атмосферой, состоящей в основном из углекислого газа и молекулярного азота. Само собой разумеется, что грозовые разряды также будут вести себя по-другому, что может повлиять на вероятность образования пребиотических молекул на ранней Земле. Тем не менее, мало кто смоделировал, как разряды молнии меняются в различных атмосферных условиях. Чтобы посмотреть, как часто электроны и молекулы газа сталкивались в двух версиях ранних земных атмосфер, Кон и др. смоделировали вероятность искрения разряда — первый шаг к удару молнии. Они обнаружили, что в углекисло-азотной атмосфере труднее вызвать искру молнии.

«По сути, в атмосфере, богатой азотом и углеродом, вам нужны более сильные электрические поля, чтобы инициировать разряд», — сказал Кристоф Кён, ученый из Национального космического института при Техническом университете Дании, который руководил исследованием. Модели показали, что атмосфере углекислого газа и азота требуется примерно на 28% более сильное электрическое поле для стримеров — предшественников молнии — для разряда, потому что молекулы газа и электроны с меньшей вероятностью сталкиваются и накапливают электрические заряды, которые могут вызвать удары молнии. Масштабирование в пространстве и времени предполагает, что в начале истории Земли могло быть меньше ударов молнии, что снижает вероятность образования пребиотических молекул.

«Если разряды молнии были ответственны за производство пребиотических молекул, важно получить очень хорошее теоретическое понимание того, что произошло», — сказал Кён. «Большой вопрос по-прежнему заключается в том, откуда берутся все эти пребиотические молекулы?» В исследовании строго моделировались самые ранние стадии удара молнии — искры, которые начинают удары, — поэтому для Кёна и его коллег следующие шаги — смоделировать удары молнии целиком и связать их с моделями химии атмосферы. Вместе эти исследования могут дать более полное представление о том, как молния могла быть связана с пребиотическими молекулами.

Источник