研究表明地球早期’大气中富含二氧化碳

研究微小的古代陨石的科学家发现了地球的证据’大气中的二氧化碳比现在多得多,甚至可能含有更少的氮。

灰色的球与许多细小结节的分段表面压在一起。

微小的铁微陨石的高分辨率显微镜视图,大小为沙粒。对这些粒子的分析表明,地球’27亿年前,大气中的二氧化碳含量更高。图片来自Andrew Tomkins / 宾夕法尼亚州立大学.

什么是地球’数十亿年前的空气,早在它的历史中?宾夕法尼亚州立大学的研究人员 they’通过分析铁发现了一些线索 微陨石 在古老的土壤中。这些来自太空的粒子– a subset of 宇宙尘埃 – suggest that 二氧化碳 占27亿年前地球大气层的25%至50%。那’与今天相反’的二氧化碳水平约为 0.04%。可能也更少了 那比我们今天的气氛现在氮是我们的大气层’s primary gas.

新的 同行评审 调查结果是 已发表 在日记中 美国国家科学院院刊 on January 21, 2020.

地球上二氧化碳的浓度变化很大’拥有45.4亿年的历史。这项新工作有助于量化构成地球的元素’遥远的过去的气氛。

研究的微小铁微陨石不大于沙粒。它们是在古老的土壤中发现的– called 古土壤 –大约有27亿年的历史。土壤收集在 皮尔巴拉地区 西澳大利亚州。这些科学家认为,微陨石是在太空中从太空坠落的 太古代,当时太阳比今天弱。

科学家如何从如此小的颗粒中确定大气成分?当陨石在大气中划线时,它们从热中融化。当他们遇到大气中的气体时,它们被氧化了。今天仍然可以看到并分析这种氧化。 丽贝卡·佩恩(Rebecca Payne)宾夕法尼亚州立大学的这项研究的主要作者在一份声明中说:

这是一个有前途的新工具,可以用来计算过去数十亿年中高层大气的组成。

以前认为高空大气中的游离氧分子 氧化的 陨石,但新的研究驳斥了这个想法。为了使这种情况合理,当时的氧气量必须与现在的氧气量相似。但是其他研究表明’不能达到今天的氧气量,甚至根本没有氧气。剩下的二氧化碳就是可能氧化陨石的气体。该结论是基于以下新分析得出的: 光化学 and climate models.

在红色背景的许多微小,黑暗的金属球形。

微小铁微陨石的另一个例子。这些是从深海收集的。图片来自唐纳德·布朗利(Donald Brownlee)/ 华盛顿大学.

但是该分析还表明,至少25%的大气必定是由二氧化碳组成的,也许还有更多。这与以前的大气模型吻合,后者说早期氧气少得多,直到 重大氧化事件 大约在24亿年前。 欧文·莱默(Owen Lehmer)是华盛顿大学的博士研究生, 陈述:

我们发现这些微陨石遇到的大气中的二氧化碳含量很高,这与人们认为地球在早期地球上的样子是一致的。

另一个关键发现是地球上的氮可能少得多’大气层比现在多了27亿年前。如今,氮气约占大气的78%。但是,在将近三十亿年前的当时我们所了解的情况中存在一个问题。二氧化碳含量如此之高,地球本来应该变暖,但有证据表明事实并非如此。实际上,它部分被冰川覆盖。但是,如果氮比今天少的话,这可以解释。这将导致较低的大气压,然后可能导致 两个都 较高的二氧化碳含量和较低的温度。根据 吉姆·卡斯特(Jim Kasting),宾夕法尼亚州立大学的Evan Pugh教授:

我们的论文中引用的数据支持这段时间内较低的氮浓度。我们对微陨石氧化的研究与该解释一致。遥远的过去,我们的主要大气氮气含量不足的可能性确实令人着迷。

火星和地球地球仪的文字注释描述了它们的大气成分。

当前地球和火星大气的比较。就像地球一样,火星大气层主要由二氧化碳组成’曾经是,尽管它要薄得多。图片通过 欧空局.

关于几十亿年前大气中二氧化碳的数量一直存在很多争论,而这项新的研究将进一步增加这一点。各种各样的研究常常相互矛盾。这是因为它们主要依靠古老的土壤,而这些土壤可能会受到天气或地面覆盖物的影响。它们还倾向于反映低层大气而不是高层大气中的状况,在那里陨石将首先受到影响并被氧化。正如佩恩所说:

很难弄清楚不同的古土壤研究和气候模型之间的协议应该在哪里。这很有趣,因为它是一个新的比较点。它可以帮助我们找到有关过去深层大气二氧化碳的正确答案。

这些发现还可以帮助科学家更好地了解火星上大气层的演变。它也主要是二氧化碳,但比地球薄得多’,其早期的构成仍然是一个辩论的问题。科学家之间也存在类似的分歧,即火星大气层曾经如此厚实和温暖到足以使液态水存在于地球上’的表面,当一些证据仍表明大部分火星的气候较冷时’ history.

金星’大气中也主要是二氧化碳,但它比地球厚得多’s with crushing 表面压力。人们认为,金星在更年轻的时候就更像地球(现在我们知道),但是在今天却以浓密的二氧化碳气氛结束,由于这 温室效应.

弄清楚地球早期大气的真实组成,将有助于科学家更好地了解过去几十亿年中大气的变化情况,以及生命最初开始发展时的状况。然后,可以将这些数据外推到其他具有大气层的岩石行星,例如火星或金星,以了解它们是如何采取这种不同的演化路径的。雷默(Lehmer)说:

生命形成于38亿年前,而生命的形成是一个悬而未决的大问题。最重要的方面之一是大气的组成,可供使用的气候以及气候如何。

与黑暗的云彩和飞星的熔化熔岩在天空。

艺术家’数十亿年前地球早期的概念。来自27亿年前的微陨石表明地球’与今天相比,大气中的二氧化碳含量更高,氮含量更低。图片来自NASA / Goddard Image Lab / Phys.org.

底线:对微小的古代陨石的新分析表明地球’大气中所含的二氧化碳比现在多得多。

资料来源:氧化的微陨石表明含量高 p二氧化碳或更低 p新旧制度时期的N2

通过宾夕法尼亚州立新闻

通过威斯康星新闻

保罗·斯科特·安德森