V času Hadean Eona, pred približno 4,5 milijarde let, je bil svet precej drugačen kraj kot danes. Prav v tem času sta gnanje in vulkanska aktivnost povzročila prvotno atmosfero, sestavljeno iz ogljikovega dioksida, vodika in vodne pare.
Te prvinske atmosfere je ostalo malo, geotermalni dokazi pa kažejo, da je bilo Zemljino ozračje vsaj dvakrat od nastanka pred več kot 4 milijardami let popolnoma izbrisano. Do nedavnega znanstveniki niso bili prepričani, kaj bi lahko povzročilo to izgubo.
Toda nova študija MIT, Hebrew Univeristy in Caltech kaže, da je bilo morda krivo intenzivno bombardiranje meteoritov v tem obdobju.
To meteorno obstreljevanje bi se zgodilo približno ob istem času, ko je nastala Luna. Intenzivno obstreljevanje vesoljskih kamnin bi sprožilo oblake plina z dovolj silo, da bi atmosfero trajno izgnalo v vesolje. Takšni vplivi so morda razstrelili tudi druge planete in celo olupili atmosfero Venere in Marsa.
V bistvu so raziskovalci ugotovili, da so lahko majhni plastezimalci veliko učinkovitejši od velikih udarcev - na primer Theia, za katerega trčenje z Zemljo je verjetno, da je oblikovalo Luno - pri vožnji zaradi izgube atmosfere. Na podlagi njihovih izračunov bi potrebovali velikanski vpliv, da bi razpršili večino ozračja; vendar skupaj, mnogo majhnih vplivov bi imelo enak učinek.
Hilke Schlichting, docentka na MIT-ovem oddelku za zemeljske, atmosferske in planetarne vede, pravi, da lahko razumevanje gonilnikov starodavne atmosfere Zemlje znanstvenikom pomaga, da prepoznajo zgodnje planetarne razmere, ki so spodbudile življenje k oblikovanju.
"[Ta ugotovitev] postavlja zelo drugačen začetni pogoj za to, kakšna je bila najverjetneje atmosfera zgodnje Zemlje," pravi Schlichting. "To nam daje novo izhodišče za poskus razumevanja, kakšna je bila sestava ozračja in kakšni so pogoji za razvoj življenja."
Še več, skupina je preučila, koliko ozračja se je obdržalo in izgubilo ob trkih z velikanskimi, velikostjo Marsa in večjimi telesi ter z manjšimi udarci, ki merijo 25 kilometrov ali manj.
Ugotovili so, da bi trčenje z udarno glavo, ki je tako masivno kot Mars, imelo potreben učinek, da bo v notranjosti Zemlje ustvarilo ogromno udarno valovanje in potencialno izvrglo velik del ozračja planeta.
Vendar so raziskovalci ugotovili, da takšen vpliv najverjetneje ne bi bil, ker bi Zemljino notranjost spremenil v homogeno blato. Glede na pojav različnih elementov, opaženih v notranjosti Zemlje, se zdi, da se takšen dogodek v preteklosti še ni zgodil.
Nasprotno bi vrsta manjših udarcev povzročila nekakšno eksplozijo in sproščala kopico naplavin in plina. Največji od teh udarcev bi bil dovolj močan, da bi iz plina izstrelil ves plin neposredno nad območje trka. Le majhen del tega ozračja bi bil izgubljen po manjših trkih, toda ekipa ocenjuje, da bi ga lahko več deset tisoč majhnih udarcev odtrgalo.
Tak scenarij se je verjetno zgodil pred 4,5 milijarde let v času Hadean Eona. To obdobje je bilo med galaktičnim kaosom, saj se je na stotine tisoč vesoljskih kamnin vrtelo okoli osončja in mnogi so verjeli, da so se spopadli z Zemljo.
"Zagotovo smo imeli vse te manjše udarce takrat," pravi Schlichting. "En majhen vpliv ne more znebiti večine ozračja, a skupaj so veliko bolj učinkoviti od velikanskih udarcev in zlahka izločijo vso Zemljino atmosfero."
Vendar sta Schlichting in njena ekipa ugotovili, da je vsota majhnih vplivov morda preveč učinkovita pri izgubi atmosfere. Drugi znanstveniki so izmerili atmosfersko sestavo Zemlje v primerjavi z Venero in Marsom; in v primerjavi z Venero so bili plemeniti plini Zemlje 100-krat izčrpani. Če bi bili ti planeti v svoji zgodnji zgodovini izpostavljeni istim utrinkom majhnih udarcev, potem Venera danes ne bi imela ozračja.
S sodelavci se je vrnila nad scenarij z majhnimi udarci, da bi poskušala upoštevati to razliko v planetarnih atmosferah. Na podlagi nadaljnjih izračunov je ekipa ugotovila zanimiv učinek: Ko se izgubi pol ozračja na planetu, majhni udarci postanejo mnogo lažji, da izločijo preostali del plina.
Raziskovalci so izračunali, da se bo moralo ozračje Venere začeti le nekoliko bolj masivno od Zemljinega, da bi majhni udarci prve polovice Zemljine atmosfere zmotili, obdržali pa bodo nedotaknjeno Venero. Od tega trenutka Schlichting opisuje pojav kot "bežni proces - ko se vam uspe rešiti prve polovice, je druga polovica še lažja."
To je postavilo drugo pomembno vprašanje: Kaj je sčasoma nadomestilo Zemljino ozračje? Po nadaljnjih izračunih sta Schlichting in njena ekipa ugotovili enake udarne udarce, ki bi lahko izlivali plin tudi nove pline ali hlapne snovi.
"Ko se zgodi udarec, se toplastimalno stopi in njegove hlapne snovi lahko gredo v ozračje," pravi Schlichting. "Ne le da lahko izčrpajo, ampak tudi napolnijo del ozračja."
Skupina je izračunala količino hlapljivih snovi, ki jih lahko sprosti skala določene sestave in mase, in ugotovila, da se je lahko pomemben del atmosfere napolnil z vplivom več deset tisoč vesoljskih kamnin.
"Naše številke so realne glede na to, kaj vemo o hlapni vsebnosti različnih kamnin," ugotavlja Schlichting.
Jay Melosh, profesor zemeljskih, atmosferskih in planetarnih ved na univerzi Purdue, pravi, da je Schlichtingov zaključek presenetljiv, saj je večina znanstvenikov domnevala, da je Zemljino ozračje uničilo en sam velikanski vpliv. Druge teorije se po njegovih besedah sklicujejo na močan pretok ultravijoličnega sevanja iz sonca in na "nenavadno aktiven sončni veter."
"Kako je Zemlja izgubila prvotno atmosfero, je dolgoletna težava in ta članek gre daleč do reševanja te enigme," pravi Melosh, ki ni prispeval k raziskavi. "Življenje se je na Zemlji začelo približno v tem času, zato odgovor na vprašanje, kako se je ozračje izgubilo, govori o tem, kaj bi lahko začelo nastanek življenja."
V nadaljevanju si Schlichting upa, da bo podrobneje preučil pogoje, ki so podlaga za zgodnjo tvorbo Zemlje, vključno z medsebojno povezanostjo med izpuščanjem hlapnih snovi iz majhnih udarcev in z Zemljinim starodavnim magmatskim oceanom.
"Želimo povezati te geofizične procese, da bi ugotovili, kakšna je bila najverjetnejša sestava atmosfere v času nič, ko se je Zemlja šele oblikovala, in upajmo, da bomo opredelili pogoje za razvoj življenja," pravi Schlichting.
Schlichting in njeni sodelavci so svoje rezultate objavili v februarski izdaji revije Icarus.
