Prazemě měla hustou toxickou atmosféru jako Venuše

30. 11. 2020

Země je jediná planeta, o níž víme, že hostí život. Je naše planeta něčím zvláštní? Vědci se léta přou o to, které faktory jsou zásadní pro život, nebo mu prospívají. Odpovědi nám pomohou identifikovat další potenciálně obyvatelné planety jinde v galaxii, napsali Anthony Burnham a Hugh O'Neill.

Abychom pochopili, jaké byly podmínky na Zemi v počátečních letech, náš výzkum se snažil znovu vytvořit chemickou rovnováhu oceánu vařícího magmatu, který pokrýval planetu před miliardami let, a provedl experimenty, aby zjistil, jaký typ atmosféry by takové podmínky vytvořily. Ve spolupráci s kolegy ve Francii a USA jsme zjistili, že prvotní atmosféra Země byla zřejmě hustá, nehostinná polévka oxidu uhličitého a dusíku, velmi podobná tomu, co dnes vidíme na Venuši.

Pevná planeta jako Země se rodí procesem zvaným "akrece", při němž původně malé částice pod tlakem gravitace přisedají na sebe, aby vytvořily větší těleso. Menší tělesa zvaná "planetesymály" vypadají jako asteroidy a další velikosti se říká "planetární embrya". V rané Sluneční soustavě mohlo být mnoho planetárních embryí, ale jen jedno z nich dosud přežívá. Je jím Mars, který nepředstavuje plně dotvořenou planetu jako Země nebo Venuše.

Pozdější stádia akrece zahrnují gigantické srážky, které uvolňují enormní množství energie. Myslíme si, že poslední impakt během akrece Země zahrnoval embryo o velikosti Marsu, které zasáhlo rostoucí Zemi, odtrhlo od ní Měsíc a rozpustilo většinu toho, co zbylo.

Náraz by zanechal Zemi pokrytou globálním mořem z roztavené horniny zvaným "magmatický oceán". Z něj by unikal vodík, uhlík, kyslík a dusičnaté plyny, které tvořily prvotní atmosféru Země.

Chtěli jsme zjistit přesně, jaký typ atmosféry by to byl a jak by se měnila během chladnutí sebe samé i oceánu pod ní. Klíčovou věcí k pochopení je, co se děje s kyslíkem, protože ten kontroluje způsob, jakým se kombinují ostatní prvky.

Pokud by kolem bylo jen málo kyslíku, atmosféra by byla bohatá na vodík, amoniak a oxid uhelnatý. S hojností kyslíku by byla tvořena mnohem přívětivější směsí plynů: Oxidem uhličitým, vodními parami a molekulárním dusíkem.

Proto jsme potřebovali zmapovat chemii kyslíku v magmatickém oceánu. Klíčem bylo zjistit, kolik kyslíku bylo chemicky vázáno na železo. Pokud by tu existovalo mnoho kyslíku, váže se na železo v poměru 3:2, ale pokud by ho bylo méně, našli bychom poměr 1:1. Skutečný poměr se může pohybovat mezi těmito extrémy.

Když magmatický oceán vychladl, stal se zemskou kůrou. Proto jsme předpokládali, že poměr kyslík-železo v magmatickém oceánu by byl stejný, jaký je dnes v zemské kůře.

Máme spousty vzorků kůry, některé vynesené na povrch vulkanickými erupcemi a dalšími tektonickými procesy. Z nich můžeme zjistit, jak namíchat chemikálie při laboratorním pokusu.

Zjistili jsme, že tato atmosféra byla tvořena oxidem uhličitým a vodními parami. Dusík by měl být ve své základní formě namísto toxického amoniaku.

Ale co by se stalo, když magmatický oceán vychladl? Zdá se, že prazemě vychladla dostatečně na to, aby vodní páry kondenzovaly a vytvořily oceány tekuté vody, jaké známe dnes. Tento proces by za sebou zanechal atmosféru tvořenou z 97 % oxidem uhličitým a 3 % dusíkem, při celkovém tlaku zhruba 70 x vyšším než dnes. Taková atmosféra způsobovala skleníkový efekt, jenže Slunce bylo také o tři čtvrtiny méně jasné než dnes.

Tento podíl oxidu uhličitého a dusíku je pozoruhodně podobný tomu, co existuje v atmosféře Venuše. Takže proč si Venuše udržuje tohle pekelně horké a toxické prostředí, ale Země ne?

Odpověď zní, že Venuše byla příliš blízko ke Slunci. Nikdy prostě dost nevychladla, aby vytvořila oceány. Místo toho voda zůstala v atmosféře ve formě vodní páry a pomalu unikala do vesmíru.

Na Zemi místo toho oceány pomalu odebíraly z atmosféry oxid uhličitý díky reakci s horninou - kterou věda zná posledních 70 let jako "Ureyovu reakci" pojmenovanou podle nositele Nobelovy ceny, který ji objevil. Tím došlo také k redukci atmosférického tlaku na úroveň, kterou pozorujeme dnes.

Takže ačkoliv obě planety začaly takřka stejně, kvůli rozdílné vzdálenosti od Slunce se vydaly každá jinou cestou. Země se stala příznivější pro život, kdežto Venuše se stávala stále nehostinnější.

Podrobnosti v angličtině: ZDE

0
Vytisknout
1965

Diskuse

Obsah vydání | 3. 12. 2020