Hemijska analiza određenih drevnih sedimentnih stijena u raznim dijelovima svijeta, koju je proveo međunarodni istraživački tim, predvođen istraživačem iz Centra za petrografska i geohemijska istraživanja , omogućila je dobijanje najstarijih podataka koje trenutno imamo o Zemljinoj atmosferi.
Ovi rezultati otkrivaju da je prije više od 4.000 milijarde godina sastav Zemljine atmosfere bio vrlo sličan onome koji je postojao milijardu godina kasnije, kada se na površini planete razvila mikrobna biosfera, koja je bila izvor raznolikosti života koju danas poznajemo.
Značaj atmosfere u razvoju života
Ovo otkriće, nedavno objavljeno u časopisu PNAS , moglo bi pružiti jasnije razumijevanje ranih procesa koji su doveli do nastanka života na Zemlji . Do nedavno, naučnici su imali samo vrlo ograničene i raznolike kompjuterske modele rane atmosfere. Sada ovo istraživanje nudi ključne podatke koji mogu pomoći u potvrđivanju ili opovrgavanju nekih od najšire prihvaćenih teorija o porijeklu života na našoj planeti.
Preliminarna studija o primitivnoj atmosferi
Ova nova analiza nadovezuje se na prethodnu studiju provedenu 2008. godine, koja je pokazala da su stijene na obali Hudsonovog zaliva u sjevernom Quebecu taložene kao sedimenti prije više od 4.300 milijarde godina, nekoliko stotina miliona godina nakon što je Zemlja formirana.
U stvari, istraživači su otkrili da atmosfera vjerovatno nije sadržavala značajnu količinu molekularnog kisika ( O2 ) tokom tog perioda. Slobodni kisik se počeo akumulirati tek milijardama godina kasnije, kao rezultat fotosinteze kisika koju vrše organizmi poput cijanobakterija, događaja poznatog kao Veliki oksidacijski događaj.
Tokom cijelog ovog vremena, atmosfera se uglavnom sastojala od vodonika ( H2 ) , metana ( CH4 ), amonijaka ( NH3 ) i vodene pare ( H2O ) , što je odredilo uslove za prve bakterijske i arhealne oblike života na planeti.
Paradoks mladog i slabog sunca
Jedan od problema s kojima su se naučnici susreli proučavajući ovaj period je takozvani Paradoks slabog mladog Sunca . Prema procjenama, prije 4.000 milijarde godina Sunce je bilo mlada zvijezda čiji je sjaj bio otprilike 30% manji nego danas. To je trebalo uzrokovati da Zemlja ostane u potpuno smrznutom stanju, posebno s obzirom na njenu udaljenost od Sunca i nedostatak stakleničkih plinova poput onih koje poznajemo danas.
Međutim, pronađeni su dokazi da je Zemljina kora nekada sadržavala tekuću vodu , što ukazuje na to da su staklenički plinovi prisutni u to vrijeme, poput metana , igrali ključnu ulogu u održavanju Zemlje dovoljno toplom da podrži okeane. Ovo je ključni dio slagalice koja uključuje ne samo Zemljinu atmosferu već i planetarnu nastanjivost.
Uloga prvih mikroorganizama
Evolucija života u atmosferi ne bi bila moguća bez pojave prvih mikroorganizama . Ovi jednoćelijski organizmi, poznati kao cijanobakterije ili plavozelene alge, počeli su oslobađati kisik u atmosferu procesom oksigenske fotosinteze prije otprilike 2.400 milijarde godina , označavajući početak Velike oksidacije . Ovaj kisik nije samo transformirao primitivnu atmosferu, već je i postavio temelje za razvoj novih oblika života koji bi mogli koristiti ovaj plin za ćelijsko disanje.
Prvi oblici života, sastavljeni od prokariotskih ćelija, uspeli su da se prilagode surovim uslovima primitivne atmosfere i postavili temelje za evoluciju i diverzifikaciju višećelijskih živih bića koja će se pojaviti stotinama miliona godina kasnije.
Utjecaj velike oksidacije
Veliki oksidacijski događaj nije samo utjecao na rane anaerobne organizme, već je i izazvao niz ledenih doba zbog smanjenja količine stakleničkih plinova poput metana, koji je zamijenjen ugljičnim dioksidom ( CO2 ), manje učinkovitim u zadržavanju topline.
Ova ledena doba, poput huronskog ledenog doba , neke su od najstarijih epizoda u historiji Zemljine klime. Postojao je period kada je Zemlja možda bila potpuno prekrivena ledom, ponekad nazivan i Snježna grudva . Uprkos ovim ekstremnim klimatskim događajima, život je uspio napredovati, prilagoditi se i nastaviti evoluirati.
Hipoteza o nastanku života
Što se tiče porijekla života tokom ovog perioda, postoji nekoliko hipoteza. Najšire prihvaćena je teorija primordijalne supe , koju su predložili naučnici poput A. Oparina i J.B.S. Haldanea, koji su sugerirali da su rani okeani sadržavali hemijske spojeve potrebne za formiranje prvih organskih molekula. Oni su mogli stupiti u interakciju pod odgovarajućim energetskim uslovima, poput električnih oluja ili hidrotermalnih izvora, kako bi formirali prve aminokiseline, nukleotide i druge molekule neophodne za život.
Buduće linije istraživanja
Trenutne studije o ranoj atmosferi i njenom odnosu s porijeklom života otvaraju nove puteve istraživanja ne samo prošlosti naše planete, već i mogućnosti života na drugim svjetovima. Planete poput Marsa i ledenih mjeseci Saturna i Jupitera proučavaju se kako bi se razumjelo kako bi se život mogao razviti u ekstremnim atmosferskim uvjetima sličnim onima na Zemlji u njenim ranim godinama.
Dok naučnici proučavaju drevne fosilne mikroorganizme , poput stromatolita, i analiziraju atmosfere egzoplaneta, bolje ćemo razumjeti sposobnost organizama da transformišu svoje okruženje i uslove koji omogućavaju dugoročnu nastanjivost planete.
Ova nova studija atmosfere od prije 4.000 milijarde godina pruža nam fascinantan uvid u kritičnu epohu u Zemljinoj historiji, onu koja je bila fundamentalna za razvoj života kakvog poznajemo.