|
Луна и паровая атмосфера создали рецепт жизни
|
|
|
|
4,5 миллиарда лет назад было интересное время для Земли. Атмосфера была плотной и, как мы бы сейчас сказали, токсичной. Луна, которая только что образовалась, выглядит гораздо массивнее, чем сегодня, и слабо светится остаточным теплом от своего собственного образования. А дно было буквально лавой. Повсюду. Если бы в то время жили дети, у них не было бы ни единого шанса выиграть в эту игру. Но долгое время ученые считали, что эта фаза расплавленного состояния Земли длилась недолго. Однако, согласно новой статье, опубликованной на сервере препринтов arXiv исследователями из Астрономического института Каптейна, она могла длиться более полумиллиарда лет.
|
|
|
|
Почему так долго? Разве магма, составлявшая поверхность Земли, в конце концов не остыла бы до твердого состояния? В долгосрочной перспективе — да, но этот процесс может быть затянут двумя конкурирующими факторами — приливными силами, вызванными новообразованной луной, и парниковым эффектом собственной первобытной атмосферы Земли.
|
|
|
|
Сегодня мы знаем, что луна вызывает океанические приливы, но когда она только образовалась (и находилась гораздо ближе, чем сейчас), она оказала ещё более драматическое воздействие на физическую структуру Земли. Поскольку гравитационные силы зависят от расстояния, эта близлежащая луна «разминала» земные недра, как тесто. Это создало «приливное нагревание», которое генерировало огромное количество внутреннего тепла, питая магматические океаны изнутри.
|
|
|
|
С другой стороны, Земля может излучать это тепло в космос, в конечном итоге позволяя себе остыть и обрести твёрдую поверхность. Но не если её способность излучать это тепло блокируется атмосферой. Сама магма выделяла именно такую атмосферу, создавая мощный парниковый эффект, который затмевает всё подобное, происходящее сегодня.
|
|
|
|
|
|
|
Для моделирования этой динамики между внутренним нагревом, вызванным Луной, и парниковым эффектом, создаваемым атмосферой, авторы использовали модель эволюции планет под названием PROTEUS. Используя эту модель, они обнаружили, что существовало несколько периодов в этой фазе Земли, когда планета находилась в глобальном радиационном равновесии — другими словами, она выделяла тепло в космос почти с той же скоростью, с какой нагревалась приливными силами Луны. В течение этих периодов магма не затвердевала — вместо этого процесс затвердевания Земли просто останавливался. И, согласно статье, эти периоды остановки могли длиться от 2 до 320 миллионов лет.
|
|
|
|
Такая широкая изменчивость обусловлена одним конкретным аспектом химии Земли — её фугитивностью кислорода — другими словами, тем, насколько окислительной или восстановительной была её мантия. Если бы она была окислительной, она бы удерживала воду до самых поздних стадий, когда начали кристаллизоваться магматические океаны. Когда наконец произошёл бы пар, образовался бы огромный парниковый эффект, из-за чего поверхность оставалась бы расплавленной гораздо дольше, чем при других сценариях.
|
|
|
|
Если же, с другой стороны, мантия была бы восстановительной (то есть, в ней преобладали бы водород и метан), планета бы дегазировала свои парниковые газы раньше, вызвав гораздо меньший парниковый эффект. В этом случае единственным способом, благодаря которому поверхность оставалась бы расплавленной дольше, было бы то, что лунные приливы были бы намного сильнее, чем первоначально предполагалось.
|
|
|
|
Такой магматический мир — это не просто кошмар для детей, играющих в «Пол — это лава», — он также звучит довольно ужасно для зарождения самой жизни. Однако, согласно статье, такая длительная фаза магматического океана могла быть именно тем, что нужно было жизни для зарождения позже. Условия во время этой длительной фазы магматического океана, особенно для фугитивности кислорода на поверхности вблизи буфера железо-вюстит, привели к соотношению метана и углекислого газа в атмосфере около 0,1. Эта цифра может показаться очень точной, но она является ключом к фотохимическому образованию цианистого водорода.
|
|
|
|
В настоящее время это химическое вещество смертельно опасно для большинства форм жизни. Но когда жизнь только зарождалась, астробиологи считали его критически важной молекулой-предшественником для создания РНК и белков — другими словами, буквальными строительными блоками жизни. Таким образом, фаза магматического океана Земли, поддерживаемая нашим гораздо более близким спутником, могла дать Земле время, необходимое для накопления избытка пребиотических химических веществ, которые привели к возникновению жизни позже в истории планеты.
|
|
|
|
Мы не знаем этого наверняка, но это интригующая гипотеза, и есть некоторые логические химические подтверждения. Остаётся выяснить, является ли сама Земля исключением с точки зрения её ранних условий (большой, близкий спутник, выделяющий лаву слой). Но чем лучше мы понимаем условия на ранней Земле, которые в конечном итоге привели к возникновению жизни, тем больше вероятность того, что мы распознаем её, когда наконец обнаружим где-нибудь ещё в галактике.
|
|
|
|
Источник
|
