Za vrijeme Hadean Eona, prije nekih 4,5 milijardi godina, svijet je bio puno drugačije mjesto nego danas. Također je u to vrijeme izgaranje i vulkanska aktivnost stvorili iskonsku atmosferu sastavljenu od ugljičnog dioksida, vodika i vodene pare.
Ostaje malo ove iskonske atmosfere, a geotermalni dokazi upućuju na to da je Zemljina atmosfera možda bila potpuno izbrisana barem dva puta od svog stvaranja prije više od 4 milijarde godina. Donedavno su znanstvenici bili nesigurni što bi moglo uzrokovati ovaj gubitak.
No, nova studija MIT-a, hebrejskog sveučilišta i Caltech-a ukazuje da je intenzivno bombardiranje meteorita u ovom razdoblju možda odgovorno.
Ovo meteorsko bombardiranje dogodilo bi se otprilike u isto vrijeme kad se formirao Mjesec. Intenzivno bombardiranje svemirskih stijena izbacilo bi oblake plina dovoljno snage da trajno izbaci atmosferu u svemir. Takvi su utjecaji mogli raznijeti i druge planete, pa čak i oguliti atmosferu Venere i Marsa.
U stvari, istraživači su otkrili da su mali planeteimali mogu biti mnogo učinkovitiji od velikih udaraca - poput Theia, za čiji se sudar sa Zemljom smatra da je stvorio Mjesec - u vožnji atmosferskih gubitaka. Na temelju njihovih izračuna, ogroman bi utjecaj mogao rasuti većinu atmosfere; ali uzeti zajedno, mnogi mali utjecaji imali bi isti učinak.
Hilke Schlichting, docentica MIT-ovog odjela za Zemlju, atmosferu i planetarne znanosti, kaže da razumijevanje pokretača drevne atmosfere Zemlje može pomoći znanstvenicima da identificiraju rane planetarne uvjete koji su poticali život na stvaranje.
"[Ovo otkriće] postavlja sasvim drugačiji početni uvjet u kakvoj je atmosferi rana Zemlje najvjerojatnije izgledala", kaže Schlichting. "To nam daje novo polazište za pokušaj razumijevanja sastava atmosfere i koji su uvjeti za razvoj života."
Štoviše, grupa je ispitala koliko je atmosfere zadržano i izgubljeno nakon udara u divovska tijela, veće veličine Marsa i veća tijela te s manjim udarcima koji su iznosili 25 kilometara ili manje.
Otkrili su da bi sudar s udarcem koji je toliko masivan kao Mars imao potreban učinak stvorivši masivan udarni val kroz Zemljinu unutrašnjost i potencijalno izbaciti značajan dio atmosfere planete.
Međutim, istraživači su utvrdili da takav utjecaj nije vjerovatno, jer bi to pretvorilo unutrašnjost Zemlje u homogenu gnojnicu. S obzirom na pojavu različitih elemenata opaženih u unutrašnjosti Zemlje, čini se da se takav događaj nije dogodio u prošlosti.
Nasuprot tome, niz manjih udaraca stvorio bi svojevrsnu eksploziju, oslobađajući gomilu krhotina i plina. Najveći od tih udaraca bio bi dovoljno snažan da izbaci sve plinove iz atmosfere neposredno iznad zone udara. Tek manji dio ove atmosfere izgubio bi se nakon manjih udara, ali tim procjenjuje da bi ga deseci tisuća malih udaraca mogli izvući.
Takav se scenarij vjerojatno dogodio prije 4,5 milijardi godina tijekom Hadean Eona. Ovo je razdoblje bilo jedan od galaktičkih kaosa, jer su se stotine tisuća svemirskih stijena vrtile oko Sunčevog sustava, a mnogi se vjeruju da su se sudarili sa Zemljom.
"Svakako, imali smo sve te manje udarce tada", kaže Schlichting. "Jedan mali utjecaj ne može se riješiti većine atmosfere, ali zajedno, oni su puno učinkovitiji od gigantskih utjecaja i lako mogu izbaciti svu atmosferu na Zemlji."
Međutim, Schlichting i njezin tim shvatili su da zbrojni učinak malih utjecaja može biti previše učinkovit u vožnji atmosferskih gubitaka. Drugi su znanstvenici izmjerili atmosferski sastav Zemlje u usporedbi s Venerom i Marsom; i u usporedbi sa Venerom, plemeniti plinovi Zemlje su se potrošili 100 puta. Da su ovi planeti bili izloženi istome zamahu malih udaraca u svojoj ranoj povijesti, tada Venera ne bi imala atmosferu.
Ona i njezine kolege vratili su se scenariju malih udaraca kako bi pokušali objasniti ovu razliku u planetarnoj atmosferi. Na temelju daljnjih izračuna, tim je utvrdio zanimljiv učinak: Jednom kada se izgubi pola atmosfere planete, malim udarcima postaje mnogo lakše izbaciti ostatak plina.
Istraživači su izračunali da će atmosfera Venere tek trebati započeti nešto masivniju od Zemljine kako bi mali udarci mogli erodirati prvu polovicu Zemljine atmosfere, zadržavajući netaknutu Veneru. Od tog trenutka Schlichting opisuje fenomen kao "bijeg proces - jednom kad se uspijete riješiti prvog poluvremena, drugo je poluvrijeme još lakše."
To je stvorilo još jedno važno pitanje: Što je na kraju zamijenilo Zemljinu atmosferu? Daljnjim proračunima, Schlichting i njezin tim otkrili su iste udarne udarce koji izbacuju plin također mogu uvesti nove plinove ili isparljive tvari.
"Kada se dogodi udar, on topi planeteksalno, a njegove hlapljive tvari mogu ući u atmosferu", kaže Schlichting. "Oni ne samo da mogu iscrpiti, već i napuniti dio atmosfere."
Skupina je izračunala količinu isparljivih sastojaka koje može otpustiti stijena određenog sastava i mase i otkrila je da je značajan dio atmosfere mogao da se napuni utjecajem desetaka tisuća svemirskih stijena.
"Naši su brojevi realni, s obzirom na ono što znamo o isparljivom sadržaju različitih stijena koje imamo", napominje Schlichting.
Jay Melosh, profesor zemaljskih, atmosferskih i planetarnih znanosti na Sveučilištu Purdue, kaže da je Schlichtingov zaključak iznenađujući, jer je većina znanstvenika pretpostavila da je atmosfera Zemlje zatrpana jednim, ogromnim udarom. Druge teorije, kaže on, prizivaju snažan protok ultraljubičastog zračenja iz sunca, kao i "neuobičajeno aktivan sunčev vjetar."
"Kako je Zemlja izgubila svoju iskonsku atmosferu već je dugogodišnji problem, a ovaj rad ide dugim putem do rješavanja ove enigme", kaže Melosh, koji nije pridonio istraživanju. "Život je započeo na Zemlji u ovo vrijeme, pa tako odgovaranje na pitanje o tome kako se atmosfera izgubila govori nam o onome što bi moglo započeti početak života."
Krećući se prema naprijed, Schlichting se nada da će pobliže ispitati uvjete koji se nalaze u osnovi rane tvorevine Zemlje, uključujući međusobnu povezanost između ispuštanja isparljivih tvari iz malih udaraca i drevnog magnetskog oceana Zemlje.
"Želimo povezati ove geofizičke procese kako bismo utvrdili koji je bio najvjerovatniji sastav atmosfere u nuli, kada se Zemlja upravo formirala, i nadamo se identificirati uvjete za evoluciju života", kaže Schlichting.
Schlichting i njezini kolege objavili su svoje rezultate u februarskom izdanju časopisa Icarus.
