Если вы думали, что на юной Земле была плотная атмосфера, то это не так. Исследование ученых Вашингтонского университета, которые изучали пузырьки, попавшие в породы возрастом 2,7 миллиарда лет, показало, что атмосфера в те времена была с давлением в два раза ниже сегодняшнего. И хотя ключей к юной Земле у нас крайне мало, их все же проще искать и изучать, чем на планетах за пределами Солнечной системы, поэтому это поможет нам понять возможные условия и жизнь на других планетах, атмосфера которых тонкая и бедная кислородом, как на юной Земле.

Результаты, опубликованные 9 мая в Nature Geoscience, переворачивают общепринятую идею о том, что раньше на Земле была более плотная атмосфера, которая компенсировала более слабый солнечный свет. Результаты исследования также проливают свет на газы, которые присутствовали в той атмосфере, и на то, как биология и климат функционировали ранее на нашей планете.

«Долгое время люди думали, что атмосферное давление тогда было выше, поскольку солнце было слабее, — говорит ведущий автор исследования Санджой Сом, ведущий работу над докторской диссертацией в области наук о Земле и космосе в Вашингтонском университете. — Наш результат показал прямо противоположное тому, что мы ожидали».

Идея использования пузырьков, запертых в остывающей лаве, как некого «палеобарометра», чтобы определить вес воздуха в молодости нашей планеты, родилась несколько десятилетий назад у соавтора работы Роджера Бьюика, профессора Вашингтонского университета. Другие использовали эту технику для измерения подъема лавы возрастом в несколько миллионов лет назад. Чтобы перевернуть эту идею и измерить давление воздуха далеко в прошлом, ученым понадобилось место, где древняя лава определенно сформировалась на уровне моря.

Такое место нашел в Западной Австралии соавтор исследования Тим Блейк из Университета Западной Австралии. В этом месте река Бизли обнажила базальтовую лаву возрастом в 2,7 миллиарда лет. Самый низкий поток лавы имел «лавовые пальцы», которые зарылись в стеклообразные осколки, что доказывает: расплавленная лава погрузилась в морскую воду. Команда пробурила вышележащие потоки лавы, чтобы изучить размер пузырьков.

Поток расплавленной породы быстро остывает сверху вниз, и пузырьки, захваченные ниже, меньше тех, что захвачены выше. Разница в размерах показывает давление воздуха, которое оказывалось на лаву по мере ее остывания 2,7 миллиарда лет назад.

Грубые измерения показали на удивление легкую атмосферу. Дополнительное рентгеновское сканирование нескольких лавовых потоков подтвердило результат: пузырьки показывают, что атмосферное давление в то время было в два раза ниже современного.

Земля 2,7 миллиарда лет назад была домом лишь для одноклеточных микробов, солнечный свет был на 20% слабее, а атмосфера не содержала кислорода. Но эта находка указывает на условия, которые были еще более потусторонними, чем считали ранее. Более легкая атмосфера могла повлиять на силу ветра и другие проявления климата, а также изменить температуру кипения жидкостей.

«Мы до сих пор пытаемся охватить всю величину обнаруженного, — говорит Бьюик. — Потребуется время, чтобы оценить все возможные последствия». Другие геологические находки показывают, что в то время на Земле была жидкая вода, поэтому в атмосфере было больше улавливающих тепло парниковых газов, вроде метана и углекислого газа, и меньше азота.

Это новое исследование является шагом вперед по сравнению с предыдущей работой команды из UW над «окаменевшими каплями дождя», которые впервые поставили под сомнение плотную атмосферу на древней Земле. В 2015 году Бьюик также обнаружил, что порядка 3 миллиардов лет назад микробы высасывали азот из атмосферы Земли.

«Уровень газообразного азота заметно колебался на протяжении истории Земли, во всяком случае ранней ее истории, причем люди об этом раньше не задумывались, — говорит соавтор исследования Дэвид Катлинг, профессор Вашингтонского университета. — Людям придется переписывать учебники».

Далее ученые будут искать подходящие породы для подтверждения результатов и изучать, как атмосферное давление могло изменяться с течением времени.