خلال عصر هادون إيون ، قبل 4.5 مليار سنة ، كان العالم مكانًا مختلفًا كثيرًا عما هو عليه اليوم. خلال هذا الوقت أيضًا ، أنتج الغازات البركانية والنشاط البركاني الغلاف الجوي البدائي المكون من ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين وبخار الماء.
لم يبق سوى القليل من هذا الجو البدائي ، وتشير الأدلة الحرارية الأرضية إلى أن الغلاف الجوي للأرض ربما يكون قد تم طمسه بالكامل مرتين على الأقل منذ تكوينه قبل أكثر من 4 مليارات سنة. حتى وقت قريب ، كان العلماء غير متأكدين مما يمكن أن يسبب هذه الخسارة.
لكن دراسة جديدة من معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، الجامعة العبرية ، وكالتيك تشير إلى أن القصف المكثف للنيازك في هذه الفترة ربما كان مسؤولًا.
كان هذا القصف النيزكي سيحدث في نفس الوقت الذي تم فيه تشكيل القمر. إن القصف المكثف للصخور الفضائية كان من شأنه أن يرفع سحب الغاز بقوة كافية لإخراج الغلاف الجوي إلى الفضاء بشكل دائم. قد تكون هذه التأثيرات قد نسفت أيضًا كواكب أخرى ، وحتى قشرت الغلاف الجوي لكوكب الزهرة والمريخ.
في الواقع ، وجد الباحثون أن الكواكب الصغيرة قد تكون أكثر فاعلية بكثير من المؤثرات الكبيرة - مثل ثيا ، التي يعتقد أن اصطدامها بالأرض قد شكل القمر - في قيادة فقدان الغلاف الجوي. بناءً على حساباتهم ، فإن الأمر سيتطلب تأثيرًا كبيرًا لتفريق معظم الغلاف الجوي ؛ ولكن معًا ، فإن العديد من التأثيرات الصغيرة سيكون لها نفس التأثير.
يقول هيلك شليتشينغ ، الأستاذ المساعد في قسم علوم الأرض والغلاف الجوي والكواكب بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، إن فهم العوامل المحركة للغلاف الجوي القديم للأرض قد يساعد العلماء على تحديد الظروف الكوكبية المبكرة التي شجعت الحياة على التكون.
يقول شليتشتينج: "تحدد هذه النتيجة حالة أولية مختلفة تمامًا لما كان يبدو عليه الغلاف الجوي المبكر للأرض". "إنها تعطينا نقطة انطلاق جديدة لمحاولة فهم تكوين الغلاف الجوي ، وما هي شروط تطوير الحياة."
والأكثر من ذلك ، فقد درست المجموعة مقدار الغلاف الجوي الذي تم الاحتفاظ به وفقده بعد التأثيرات على الأجسام العملاقة ، بحجم المريخ والأكبر ، ومع المؤثرات الأصغر حجمًا التي تبلغ 25 كيلومترًا أو أقل.
ما وجدوه هو أن الاصطدام بصدم ضخم مثل كوكب المريخ سيكون له التأثير الضروري لتوليد موجة صدمة هائلة عبر المناطق الداخلية للأرض وإخراج جزء كبير من الغلاف الجوي للكوكب.
ومع ذلك ، قرر الباحثون أنه من غير المحتمل أن يحدث مثل هذا التأثير ، لأنه كان سيحول باطن الأرض إلى ملاط متجانس. نظرًا لظهور عناصر متنوعة تمت ملاحظتها داخل باطن الأرض ، لا يبدو أن مثل هذا الحدث حدث في الماضي.
وعلى النقيض من ذلك ، فإن سلسلة من أجهزة الارتطام الأصغر ستولد انفجارًا من نوع ما ، وتطلق عمودًا من الحطام والغاز. سيكون أكبر هذه الصدمات قويًا بما يكفي لإخراج جميع الغازات من الغلاف الجوي فوق منطقة الارتطام مباشرة. فقط جزء ضئيل من هذا الجو سيُفقد بعد التأثيرات الأصغر ، لكن الفريق يقدر أن عشرات الآلاف من المؤثرات الصغيرة يمكن أن تسحبه.
من المحتمل أن يحدث مثل هذا السيناريو قبل 4.5 مليار سنة خلال Hadean Eon. كانت هذه الفترة واحدة من الفوضى المجرية ، حيث تدور مئات الآلاف من صخور الفضاء حول النظام الشمسي ويعتقد أن الكثير منها اصطدم بالأرض.
يقول شليختينج: "بالتأكيد ، كان لدينا كل هذه المؤثرات الأصغر في ذلك الوقت". "لا يمكن لأحد التأثيرات الصغيرة التخلص من معظم الغلاف الجوي ، ولكن بشكل جماعي ، فهي أكثر كفاءة بكثير من التأثيرات العملاقة ، ويمكن بسهولة إخراج كل الغلاف الجوي للأرض."
ومع ذلك ، أدركت Schlichting وفريقها أن التأثير الكلي للتأثيرات الصغيرة قد يكون فعالًا جدًا في قيادة فقدان الغلاف الجوي. قام علماء آخرون بقياس التركيب الجوي للأرض مقارنة مع الزهرة والمريخ. وبالمقارنة مع كوكب الزهرة ، تم استنفاذ الغازات النبيلة للأرض 100 مرة. إذا كانت هذه الكواكب قد تعرضت لنفس الغارات الجوية من المؤثرات الصغيرة في تاريخها المبكر ، فلن يكون لجو كوكب الزهرة اليوم.
عادت هي وزملاؤها إلى السيناريو ذي التأثير الصغير لمحاولة حساب هذا الاختلاف في الأجواء الكوكبية. بناءً على حسابات أخرى ، حدد الفريق تأثيرًا مثيرًا للاهتمام: بمجرد فقد نصف الغلاف الجوي لكوكب الأرض ، يصبح من الأسهل كثيرًا على الصمامات الصغيرة إخراج باقي الغاز.
حسب الباحثون أن الغلاف الجوي لكوكب الزهرة يجب أن يبدأ فقط بكثافة أكبر قليلاً من الغلاف الجوي للأرض من أجل أن تتسبب الصدمات الصغيرة في تآكل النصف الأول من الغلاف الجوي للأرض ، مع الحفاظ على سلامة كوكب الزهرة. من هذه النقطة ، يصف شليختينج هذه الظاهرة بأنها "عملية هاربة - بمجرد أن تتخلص من النصف الأول ، يصبح النصف الثاني أسهل".
أثار هذا سؤالًا مهمًا آخر: ما الذي حل محل الغلاف الجوي للأرض؟ بعد إجراء مزيد من الحسابات ، اكتشفت شليختنج وفريقها نفس المؤثرات التي أخرجت الغاز أيضًا من المحتمل أن تكون قد أدخلت غازات جديدة أو مواد متطايرة.
يقول شليختينج: "عندما يحدث تأثير ، فإنه يذوب الكواكب ، ويمكن أن تتطاير المواد المتطايرة في الغلاف الجوي". "لا يمكنهم فقط استنفاد ، ولكن تجديد جزء من الغلاف الجوي."
حسبت المجموعة كمية المواد المتطايرة التي قد تطلقها صخرة من تركيبة وكتلة معينة ، ووجدت أن جزءًا كبيرًا من الغلاف الجوي ربما تم تجديده بتأثير عشرات الآلاف من الصخور الفضائية.
"إن أرقامنا واقعية ، بالنظر إلى ما نعرفه عن المحتوى المتقلب للصخور المختلفة التي لدينا" ، يشير شليختينج.
يقول جاي ميلوش ، أستاذ علوم الأرض والغلاف الجوي والكواكب في جامعة بوردو ، إن استنتاج شليختنج مدهش ، حيث افترض معظم العلماء أن الغلاف الجوي للأرض قد طمسه تأثير واحد عملاق. ويقول إن نظريات أخرى تستحضر تدفقًا قويًا من الأشعة فوق البنفسجية من الشمس ، بالإضافة إلى "رياح شمسية نشطة بشكل غير عادي".
يقول ميلوش ، الذي لم يساهم في البحث: "كيف فقدت الأرض الغلاف الجوي الأساسي كانت مشكلة طويلة الأمد ، وهذه الورقة تقطع شوطًا طويلاً نحو حل هذه الغموض". "بدأت الحياة على الأرض في هذا الوقت ، لذا فإن الإجابة على السؤال حول كيفية فقد الغلاف الجوي تخبرنا عما يمكن أن يكون قد بدأ أصل الحياة."
ومن الآن فصاعدًا ، يأمل شليختينج في دراسة الظروف التي تشكلت التكوين المبكر للأرض عن كثب ، بما في ذلك التفاعل بين إطلاق المواد المتطايرة من المؤثرات الصغيرة ومن محيط الصهارة القديم للأرض.
"نريد ربط هذه العمليات الجيوفيزيائية لتحديد التكوين الأكثر ترجيحًا للغلاف الجوي في وقت الصفر ، عندما تكونت الأرض للتو ، ونأمل أن نحدد ظروف تطور الحياة" ، يقول شليختينج.
نشرت Schlichting وزملاؤها نتائجهم في طبعة فبراير من مجلة Icarus.
