Vlekken van eeuwenoud ruimtestof dat 2, 7 miljard jaar geleden naar de aarde afdreef, geven wetenschappers hun eerste blik in de chemische samenstelling van de bovenste atmosfeer van onze jonge planeet.
gerelateerde inhoud
- Sterrenkijkers helpen een vers gevallen meteoriet op te sporen in West-Australië
- Houd je ogen op de hemel gericht voor de Delta Aquarid Meteoren deze maand
- Deze startup wil de Olympische Spelen van 2020 openen met een kunstmatige meteorenregen
Het onderzoek suggereert dat de oude bovenste atmosfeer van de aarde ongeveer dezelfde hoeveelheid zuurstof bevatte als nu, ongeveer 20 procent. Dat druist in tegen wat wetenschappers hadden aangenomen: omdat de lagere atmosfeer van de vroege aarde zuurstofarm was, dachten onderzoekers dat de bovenste atmosfeer op dezelfde manier verstoken was van het gas.
Wetenschappers zeggen dat de bevindingen, gedetailleerd in het nummer van deze week van het tijdschrift Nature, een nieuwe weg openen voor het onderzoeken van atmosferische evolutie in diepe tijd en een nieuw inzicht verschaffen in hoe de atmosfeer van de aarde evolueerde naar zijn huidige staat.
"De evoluerende atmosfeer veranderde de chemie van een groot aantal geologische processen, waarvan sommige verantwoordelijk zijn voor de vorming van gigantische minerale hulpbronnen", zegt hoofdonderzoeksauteur Andrew Tomkins van Monash University in Melbourne, Australië. Dus dit onderzoek "helpt ons na te denken over de biosfeer -hydrosphere-geosphere interacties en hoe deze in de loop van de tijd zijn veranderd, ”legt hij uit.
Het ruimtestof, of 'micrometeorieten', dat werd gebruikt voor het onderzoek, werd gewonnen uit oude kalksteenmonsters uit de Pilbara-regio in West-Australië. De kosmische bollen smolten nadat ze de atmosfeer van de aarde binnengingen op hoogten van ongeveer 50 tot 60 mijl.
"Mensen hebben eerder micrometeorieten in rotsen gevonden, maar niemand had gedacht om ze te gebruiken om atmosferische chemie te onderzoeken, " zegt Tomkins.
Terwijl de kleine voorwerpen hoog in de oude atmosfeer smolten en hervormden, reageerden ze met de zuurstof in hun omgeving en werden getransformeerd. De onderzoekers konden deze oude micrometeorieten bekijken om te zien welke chemische veranderingen ze hadden ondergaan tijdens hun reis door de atmosfeer.
De Pilbara-regio in West-Australië, waar de wetenschappers de micrometeorieten vonden (SimonKr doo / iStock) Met behulp van een microscoop ontdekten Tomkins en zijn collega's dat de micrometeorieten ooit deeltjes metaalijzer waren geweest die na blootstelling aan zuurstof in ijzeroxide-mineralen waren veranderd.
De wetenschappers beweren dat om zo'n chemische transformatie te laten plaatsvinden, de zuurstofniveaus in de bovenste atmosfeer van de aarde tijdens de Archeische Eon (3, 9 tot 2, 5 miljard jaar geleden) veel hoger moeten zijn geweest dan eerder gedacht.
Berekeningen uitgevoerd door studie-co-auteur Matthew Genge, een kosmisch stofexpert aan het Imperial College London, suggereren dat de zuurstofconcentratie in de bovenste atmosfeer ongeveer 20 procent zou moeten zijn - of bijna in de buurt van moderne niveaus - om de waarnemingen te verklaren.
"Ik vind het echt opwindend dat ze mogelijk een manier hebben om [bovenste] atmosferische samenstelling te testen via deze micrometeorieten, " zegt Jim Kasting, een geowetenschapper aan de Pennsylvania State University die niet betrokken was bij het onderzoek.
Tomkins en zijn team denken dat hun nieuwe resultaten een idee van Kasting en anderen kunnen ondersteunen dat de atmosfeer van de aarde tijdens de Archean was gestapeld, met de onderste en bovenste atmosfeer gescheiden door een wazige middelste laag. Die laag zou zijn samengesteld uit het broeikasgas methaan - in grote hoeveelheden geproduceerd door vroege methaanproducerende organismen, genaamd 'methanogenen'.
Het methaan zou ultraviolet licht hebben geabsorbeerd en warmte hebben afgegeven om een warme zone te creëren die de verticale menging van verschillende atmosferische lagen blokkeerde.
Volgens dit scenario zou de nevellaag verticaal mengen hebben geremd tot de "grote oxidatie-gebeurtenis" 2, 4 miljard jaar geleden, toen fotosynthese van cyanobacteriën voldoende grote hoeveelheden zuurstof produceerde om methaan te kunnen verdrijven.
"Zuurstof en methaan gaan niet goed samen, dus deze stijging van zuurstof zou uiteindelijk het methaan uit het systeem hebben gereageerd, " zegt Tomkins. "Verwijdering van methaan zou een effectievere menging van de bovenste en onderste atmosfeer mogelijk maken."
Tomkins benadrukte echter dat deze hypothese nog moet worden getest en hij heeft plannen om samen met Kasting computermodellen te ontwikkelen om verticale menging in atmosferen met verschillende composities te simuleren.
"We hebben op slechts één moment een monster van de bovenste atmosfeer genomen", zegt Tomkins. "De volgende stap is om micrometeorieten te extraheren uit rotsen die een breed scala van geologische tijd bestrijken, en te kijken naar brede veranderingen in de chemie van de bovenste atmosfeer."
Meer informatie over dit onderzoek en meer op het Deep Carbon Observatory.
