Hemijska analiza određenih stijene drevnih sedimentnih sedimenata u raznim dijelovima svijeta, koje je izvršio međunarodni istraživački tim, predvođen istraživačem iz Petrografsko-geohemijski istraživački centar, nam je omogućio da dobijemo najstarije podatke koje trenutno imamo o Zemljina atmosfera.
Ovi rezultati otkrivaju da više od 4.000 milionima godina, sastav Zemljine atmosfere bio je vrlo sličan onom koji je postojao milijardu godina kasnije, kada se na površini planete razvila mikrobna biosfera, koja je izvor raznolikosti života koju danas poznajemo.
Značaj atmosfere u razvoju života
Ovo otkriće, nedavno objavljeno u časopisu PNAS, mogao bi pružiti jasnije razumijevanje ranih procesa koji su doveli do pojave zivot na Zemlji. Do nedavno, naučnici su imali samo vrlo ograničene i raznovrsne kompjuterske modele ranih karakteristika atmosfere. Sada ovo istraživanje nudi ključne podatke koji mogu pomoći u potvrđivanju ili opovrgavanju nekih od najprihvaćenijih teorija o nastanku života na našoj planeti.
Preliminarna studija o primitivnoj atmosferi
Ova nova analiza zasnovana je na prethodnoj studiji sprovedenoj 2008. godine, koja je pokazala da stene na obali Hudson Bay, u sjevernom Kvebeku, deponovani su u obliku sedimenti prije više od 4.300 milijarde godina, nekoliko stotina miliona godina nakon formiranja Zemlje.
Zapravo, istraživači su otkrili da atmosfera možda nije imala značajnu količinu molekularnog kisika (O2) tokom tog perioda. Slobodni kiseonik je počeo da se akumulira milijardama godina kasnije, kao rezultat fotosinteze kiseonikom koju su sproveli organizmi kao što su cijanobakterije, događaj poznat kao Velika oksidacija.
Za sve to vrijeme atmosfera je uglavnom bila sastavljena od vodonik (H2), metan (CH4), amonijak (NH3) y vodena para (H2O), koji je odredio uslove za prve bakterijske i arhealne oblike života na planeti.
Paradoks mladog i slabog sunca
Jedan od problema koji su naučnici otkrili proučavajući ovaj period je ono što je poznato kao paradoks mladog i slabog Sunca (na engleskom se naziva i paradoks slabog mladog sunca). Prema procjenama, prije 4.000 milijarde godina, Sunce je bilo mlada zvijezda čiji je sjaj bio otprilike 30% manji od današnjeg. Ova činjenica je trebala uzrokovati da Zemlja ostane u potpuno zaleđenom stanju, posebno zbog udaljenosti od Sunca i nedostatka stakleničkih plinova kakve poznajemo danas.
Međutim, pronađeni su dokazi da se Zemljina kora nalazi tečna voda, što sugeriše da su gasovi staklene bašte koji su postojali u to vreme, kao npr metan, igrao je ključnu ulogu u održavanju Zemlje dovoljno toplom da podrži okeane. Ovo je ključni dio slagalice koji uključuje ne samo Zemljinu atmosferu, već i planetarnu nastanjivost.
Uloga prvih mikroorganizama
Evolucija života u atmosferi ne bi bila moguća bez pojave prvog mikroorganizmi. Ovi jednoćelijski organizmi, poznati kao cijanobakterija ili plavo-zelene alge, počele su otpuštati kisik u atmosferu kroz proces fotosinteze kisikom, prije nekoliko godina 2.400 milionima godina, što je označilo početak poziva Velika oksidacija. Ovaj kiseonik nije samo transformisao primitivnu atmosferu, već je postavio i temelje za razvoj novih oblika života, koji su mogli da iskoriste ovaj gas 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
Događaj Velika oksidacija ne samo da je utjecao na prve anaerobne organizme, već je i izazvao niz glacijacije, zbog smanjenja stakleničkih plinova kao što je metan, koji je zamijenjen ugljičnim dioksidom (CO2), manje efikasan u zadržavanju toplote.
Ove glacijacije, poput Huronska glacijacija, su neke od najstarijih epizoda u klimatskoj istoriji Zemlje. Postojao je period kada je Zemlja možda bila potpuno prekrivena ledom, koji se ponekad naziva stanje leda. gruda snijega zemlja. Uprkos ovim ekstremnim klimatskim događajima, život je uspeo da napreduje, prilagodi se i nastavi svoju evoluciju.
Hipoteza o nastanku života
Što se tiče nastanka života u ovom periodu, postoje različite hipoteze. Najprihvaćenija je ona od primordijalna supa, koji su predložili naučnici kao što su A. Oparin i JBS Haldane, koji su sugerisali da su rani okeani sadržavali hemijska jedinjenja neophodna za formiranje prvih organskih molekula. Oni su mogli stupiti u interakciju pod odgovarajućim energetskim uvjetima, kao što su grmljavine ili hidrotermalni otvori, kako bi formirali prve aminokiseline, nukleotide i druge molekule neophodne za život.
Buduće linije istraživanja
Trenutne studije primitivne atmosfere i njenog odnosa s nastankom života otvaraju nove puteve istraživanja ne samo prošlosti naše planete, već i mogućnosti života na drugim svjetovima. Planete kao marte a ledeni mjeseci Saturna i Jupitera su u centru pažnje kako bi shvatili kako bi se život mogao razviti u ekstremnim atmosferskim uvjetima sličnim onima na Zemlji u njegovim ranim godinama.
Dok naučnici proučavaju drevne fosilni mikroorganizmi, kao što su stromatoliti, i analiziramo atmosferu egzoplaneta, shvatićemo više o sposobnosti organizama da transformišu svoju okolinu i uslovima koji omogućavaju dugoročnu nastanjivost planete.
Ova nova studija o atmosfera od prije 4.000 milijarde godina pruža nam fascinantan prozor u kritično vrijeme u istoriji Zemlje koje je bilo fundamentalno za razvoj života kakvog poznajemo.