Первая атмосфера Земли была густой и токсичной, как на Венере

Фото: Tobias Stierli / NCCR PlanetS

Ученые выяснили химический состав атмосферы, которую сформировала на Земле расплавленная магма.

Ученые выяснили, из чего состояла атмосфера Земли в ее первые годы существования. Об этом сообщает Space.com.

В своем исследовании ученые из Австралийского национального университета попытались воссоздать химический состав океана магмы, который покрывал молодую планету миллиарды лет назад. Этот кипящий океан создал первую атмосферу Земли, которая представляла из себя густой суп из углекислого газа и азота, как сейчас на Венере.

После того, как в Землю врезался планетезималь было высвобождено такое количество энергии, что поверхность планеты растопилась в магму. Земля оказалась покрыта глобальным океаном расплавленных горных пород, называемым "океаном магмы". Их этого океана произошла утечка водорода, углерода, кислорода и азота, из которых была сформирована первая атмосфера Земли.

Исследователи хотели точно узнать, какой была эта атмосфера и как она изменялась по мере охлаждения магмы. Также было важно понять, что происходило с кислородом, так как он влияет на взаимодействие других элементов.

Если бы на Земле было мало кислорода, то атмосфера была бы богата водородом (H₂), аммиаком (NH₃) и оксидом углерода (CO). При избытке кислорода атмосфера состояла бы из более "дружелюбной" смеси газов: диоксида углерода (CO), водяного пара (H2O) и молекулярного азота (N₂).

"Важно было определить, сколько кислорода химически связано с железом. Если на планете много кислорода, он связывается с железом в соотношении 3:2, но если его мало, мы видим соотношение 1:1", – пишут авторы исследования.

Когда магматический океан в конце концов остыл, он стал мантией Земли. Поэтому ученые сделали выводы, что соотношение кислород-железо в магматическом океане должен быть таким же, как и в сегодняшней мантии Земли.

"У нас есть множество образцов мантии, который попали на поверхность в ходе извержение вулканов, а другие – в результате тектонических процессов. Исследовав образцы, мы поняли, какую химическую смесь нам нужно использовать в лаборатории", – отмечают исследователи.

В ходе экспериментов ученые выяснили, что первая атмосфера Земли состояла из CO₂ и H2O. Азот был в элементарной форме (N₂), а не в токсичном газообразном аммиаке (NH₃).

Но после Земля достаточно остыла, чтобы водяной пар смог конденсироваться из атмосферы, образуя океаны жидкой воды. Такой процесс оставил бы в атмосфере 97% углекислого газа и 3%  водорода, при атмосферном давлении, которое в 70 раз превышает сегодняшнее.

Такое соотношение углекислого газа и водорода поразительно похоже на нынешнюю атмосферу Венеры. Существенное различие заключается в том, что Венера находится слишком близко к Солнцу. Она просто никогда не могла остыть настолько, чтобы образовались водяные океаны. Вместо этого, в ее атмосфере H2O оставался в виде водяного пара и медленного, но неумолимо улетал в космос.

В это же время, на ранней Земле океаны медленно вытягивали CO₂ из атмосферы, понижая атмосферное давление до того уровня, который существует на сегодняшний день.