Áp lực khí quyển trên Trái đất cổ đại thấp hơn hai lần so với hiện đại • Elena Naimark • Tin tức khoa học về “Yếu tố” • Địa hóa học

Áp suất khí quyển trên Trái đất cổ đại thấp hơn hai lần so với hiện đại

Dòng dung nham nắm bắt bong bóng khí và, cứng, giữ lại các mẫu khí quyển cho các nhà nghiên cứu; và kinh doanh của họ là giải mã những thông điệp khí tượng này. Ảnh từ deviantart.com

Dấu vết của bong bóng khí bị mắc kẹt từ môi trường bởi dung nham lỏng được bảo quản trong đá bazan núi lửa Archeanic của 2,74 tỷ năm tuổi. Một nhóm các nhà địa vật lý quốc tế, tập trung vào kích thước của các bài hát này, tính toán áp suất khí quyển trên một hành tinh cổ đại. Hóa ra là thấp hơn hai lần so với hiện đại. Theo các nhà khoa học, áp suất thấp như vậy được kết hợp với một lượng nhỏ nitơ trong bầu khí quyển Archean. Mật độ khí quyển thấp có nghĩa là các đặc tính của các quá trình hóa lý quan trọng phải được điều chỉnh. Ngoài ra, trước đây người ta tin rằng sự nóng lên của hành tinh này là do sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại được tăng cường bởi một bầu không khí dày đặc. Lực lượng dữ liệu mới để xem xét lại giả thuyết này. Sự thay thế có khả năng nhất là nồng độ khí nhà kính cao, có lẽ là khí mê-tan.

Thật khó để tưởng tượng một chủ đề hấp dẫn hơn, nhưng ít có khả năng tiếp cận để nghiên cứu hơn là bắt đầu cuộc sống sinh tử.Vấn đề chính ở đây không phải là thiếu ý tưởng, mà là sự hiếm có của bằng chứng vật chất đáng tin cậy về những thời đại đã qua. Chúng ta đang nói về Archaea, tức là khoảng 3,8-2,7 tỷ năm trước. Kể từ đó, ít người đã sống sót qua lịch sử hỗn loạn của các biến đổi hành tinh. Càng có giá trị là những bit cứng của thông tin thực tế, trên cơ sở đó bạn có thể xây dựng một tòa nhà của các giả thuyết có thể kiểm chứng. Khối thông tin mới được sử dụng bởi các nhà khoa học từ Đại học Washington cùng với các đồng nghiệp từ Đại học Tây Úc và Bảo tàng Khoa học Tự nhiên ở Denver (Mỹ) để tái tạo lại bầu không khí cổ xưa nhất của Trái Đất. Kết luận của họ làm cho chúng ta xem xét lại nghiêm túc, hoặc ít nhất là suy nghĩ về bức chân dung giả thuyết về Trái đất cổ được thông qua ngày nay.

Nhóm nghiên cứu này đã nghiên cứu tiền gửi Archean ở vùng Pilbara ở Úc trong nhiều năm. Trong trường hợp này, họ đã làm việc với các khối đá Bongal. Tuổi của các khoản tiền gửi này được ước tính là Late Archean, tức là 2,75 tỷ năm tuổi. Đây là một thời đại khá thú vị: bầu không khí của hành tinh trong thời kỳ này đã không đi quá xa trạng thái của nó khi bắt đầu cuộc sống sinh tử. Ít nhất, trước khi bắt đầu cuộc cách mạng oxy vẫn còn 300 triệu năm.

Trong hình thành nấm có các lớp núi lửa, ở những nơi, như được thể hiện bởi những đặc thù của cấu trúc của chúng, được hình thành trong vành đai biển ven biển. Đối với các nhà địa chất, điều này có nghĩa là lưỡi dung nham đóng băng trên bề mặt trái đất, chứ không phải dưới lòng đất hoặc dưới cột nước trên đáy đại dương, và ở độ cao bằng không trên mực nước biển, chứ không phải trên miệng núi lửa dài hàng kilômét. Nó chính xác là những khu vực của cảnh quan cổ đại mà các nhà khoa học đã chọn để giải quyết vấn đề đo áp suất khí quyển. Với các tham số không xác định khác – đã xây dựng lại các lớp đất trên mặt đất, hoặc độ sâu của đại dương, hoặc chiều cao trên mực nước biển – vấn đề sẽ được giải quyết tốt nhất với dung sai lớn, nhưng không thể giải quyết được. Nhưng đối với các hình thái nhạt màu được lựa chọn, những yếu tố này có thể bị bỏ qua.

Các cơ sở vật chất cho việc tái thiết là dấu vết của bong bóng khí bị mắc kẹt bởi dòng dung nham từ khí quyển trong quá trình đóng băng. Đương nhiên, trong hàng tỷ năm, thực tế không có gì còn lại của bầu khí quyển trong các bong bóng này. Chúng được thay thế bằng các nguyên tố của đá mẹ và khoáng chất thứ cấp, biến thành các điểm có màu sắc, thành phần và kết cấu khác nhau.Nhưng đồng thời hình dạng tròn của chúng vẫn không thay đổi. Nếu bản thân đá bị biến dạng, hoặc vì một lý do nào đó, áp lực bổ sung khác, các bong bóng sẽ làm phẳng, và các vết nứt nhỏ sẽ xuất hiện. Và vì không có cái nào lẫn cái kia, điều này có nghĩa là kích thước của các điểm bong bóng đã không thay đổi trong lịch sử lâu dài của các biến đổi đá. Do đó, dựa trên kích thước của các điểm, có thể tính toán áp lực mà chúng hình thành. Kích thước của các bong bóng trên bề mặt dung nham chỉ được kiểm soát bởi áp suất khí quyển, và với chiều sâu tăng của dòng dung nham, áp lực của vật liệu dung nham được thêm vào áp suất khí quyển. Bong bóng lớn hơn ở bề mặt, thấp hơn ở phía dưới. Biết sự khác biệt về kích thước của bong bóng ở các độ sâu khác nhau và các thông số của vật liệu núi lửa xác định áp suất trong độ dày của dòng, có thể ước tính áp suất khí quyển. Phương pháp này đã được thử nghiệm thành công để đo áp suất khí quyển ở các độ cao khác nhau trên mực nước biển cho các mỏ núi lửa nhỏ hơn của Thổ Nhĩ Kỳ và Trung Quốc.

Dấu vết của bong bóng khí trong sự hình thành bazan của sự hình thành nấm. Mũi tên hiển thị trên đường mòn với các vòng tròn đồng tâm,xác nhận việc lấp đầy dần dần và sau đó của bong bóng. Hình dạng của các dấu vết tròn và không có vết nứt xung quanh bong bóng. Chiều dài quy mô 1 cm. Ảnh từ bài viết được thảo luận trong Thiên nhiên

Vì vậy, đây là kích thước của các bong bóng trong các lớp khác nhau của bazan núi lửa, đây là khả năng của các lớp núi lửa với bong bóng, đây là mật độ của bazan tan chảy. Từ những dữ liệu này, áp suất của bầu khí quyển cổ đại được tính toán dễ dàng: 0,23 ± 0,23 atm. Nó không phải là dễ dàng để đánh giá độ tin cậy của các giá trị thấp như vậy. Nhưng các nhà khoa học đã đề cập đến những kết luận trước đây của họ (SM Som và cộng sự, 2012. Mật độ không khí 2,7 tỷ năm trước, chỉ giới hạn dưới 2 lần mức độ dấu ấn hóa thạch giọt mưa). cùng một tầng kiến ​​trúc. Với một tâm trạng lãng mạn nổi tiếng, người ta có thể tưởng tượng làm thế nào trong một cơn mưa không có gió rơi trên tro đen, bao phủ nó với các lỗ thủng của lỗ ướt, không khí có mùi như amoniac, sự im lặng mêtan bị phá vỡ bởi một giọt nhỏ giọt. Cái lõi cổ xưa này, bị phong ấn bởi những lớp bụi mịn, mãi mãi được bảo tồn trong tảng đá qua bộ nhớ của cơn mưa đó.

Nhưng các tính toán vật lý khô để lại đằng sau sự kinh ngạc trước kỳ quan thiên nhiên, chỉ tính đến độ sâu của các lỗ từ những hạt mưa đó.Chúng có thể được đo, và từ những phép đo này để ước tính tốc độ rơi xuống, và biết tốc độ này, đi đến mật độ của khí quyển. Các hạt mưa cho áp lực bậc 0,52-1,1, với nhiều khả năng các nhà khoa học thấy ước tính thấp hơn 0,52 atm, thay vì ước tính trên 1,1 atm. Có tính đến dữ liệu trước đó và mới, giá trị 0,5 atm đã được áp dụng cho bầu không khí của Late Archean. Áp suất khí quyển thấp do hàm lượng nitơ thấp hơn đáng kể trong đó. Trong trường hợp không có oxy thời tiết của đá mácma, số lượng của nó nên được ít nhất một nửa như trong bầu không khí hiện đại. Có lẽ, nitơ có mặt trong khí quyển như hợp chất amoniac và xianua.

Điều gì tạo ra áp suất khí quyển thấp như vậy cho việc tái tạo các điều kiện khác, trung gian, trên Trái Đất cổ đại nhất? Người ta biết rằng vào thời điểm đó có dòng chảy, không phải là nước đóng băng trên hành tinh, không có băng hà. Với độ phát quang thấp của Mặt trời – và nó sau đó khoảng 20% ​​nhạt hơn so với hiện đại – một số điều kiện nên đã cung cấp khả năng giữ nhiệt. Người ta tin rằng lò sưởi như vậy có thể phục vụ như một bầu không khí dày đặc hấp thụ bức xạ hồng ngoại, và một hàm lượng cao của carbon dioxide, cung cấp hiệu ứng nhà kính.Nhưng nếu không khí từ danh sách này bị xóa, thì chỉ còn lại lượng khí carbon dioxide. Và chia sẻ của nó trong khí quyển, theo dữ liệu có sẵn, không phải là quá cao để duy trì sưởi ấm thích hợp của hành tinh. Điều này có nghĩa rằng vai trò chính trong quá trình này thuộc về các khí nhà kính khác, ví dụ khí mê-tan.

Ngoài ra, áp suất khí quyển thấp cho thấy nước sôi ở nhiệt độ thấp hơn đáng kể – 58 ° C. Điều này có nghĩa là tốc độ và hướng của các quá trình hóa học khác với các quy trình hiện đại. Tỷ lệ phản ứng quang hóa của phân đoạn đồng vị lưu huỳnh cũng khác nhau (xem phân đoạn độc lập khối lượng), xảy ra dưới tác động của bức xạ cực tím. Trong tất cả các khả năng, các phép tính mới của phân số độc lập khối lượng với các thông số khí quyển đã sửa sẽ được yêu cầu. Xét cho cùng, hầu hết các lý do về điều kiện khí hậu và sự sống trên hành tinh cổ đều dựa trên chúng.

Nguồn:
1) Sanjoy M. Som, Roger Buick, James W. Hagadorn, Tim S. Blake, John M. Perreault, Jelte P. Harnmeijer và David C. Catling. Áp suất không khí của Trái đất 2,7 tỷ năm trước bị hạn chế dưới một nửa mức hiện đại // Khoa học địa chất tự nhiên. Xuất bản trực tuyến ngày 09 tháng 5 năm 2016. DOI: 10.1038 / ngeo2713.
2) Sanjoy M. Som, David C. Catling, Jelte P. Harnmeijer, Peter M. Polivka, Roger Buick. Mật độ không khí 2,7 tỷ năm trước dấu ấn giọt mưa // Thiên nhiên. 2012. V. 484. P. 359-362. DOI: 10.1038 / nature10890.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Trả lời

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: