Схема атмосферной эволюции древней атмосферы Земли, оцененная в результате этого исследования. Фото: Астробиология (2024). DOI: 10.1089/ast.2024.0048
Ключ к разгадке тайн далеких планет начинается прямо здесь, на Земле. Исследователи из Университета Тохоку, Токийского университета и Университета Хоккайдо разработали модель, которая учитывает различные химические реакции в атмосфере, чтобы оценить, как атмосфера и первые признаки жизни развивались на Земле. Исследование опубликовано в журнале Astrobiology.
«Древняя Земля не имела ничего общего с нашим нынешним домом, — объясняет Сюнго Кояма из Университета Тохоку. — Это было гораздо более враждебное место: богатое металлическим железом, с атмосферой, содержащей водород и метан». Эти молекулы содержат важный ключ к пониманию того, как изначально сформировалась жизнь.
Под воздействием солнечного ультрафиолетового (УФ) излучения они вступают в химическую реакцию, в результате которой образуются органические вещества (также известные как «строительные блоки жизни»). Часть этой органики была предшественниками незаменимых биомолекул, таких как аминокислоты и нуклеиновые кислоты.
Однако понять роль УФ-излучения сложно. Во-первых, этот тип атмосферы нестабилен и, вероятно, претерпевает быстрые изменения из-за атмосферных химических реакций. Во-вторых, когда УФ-излучение эффективно расщепляет водяной пар в атмосфере и образует окислительные молекулы, точный коэффициент разветвления и временные рамки не определены.
Чтобы решить эти проблемы, была создана одномерная фотохимическая модель, позволяющая точно предсказать, какой была атмосфера на Земле в давние времена.
Расчеты показывают, что большая часть водорода ушла в космос и что углеводороды, такие как ацетилен (полученный из метана), экранируют УФ-излучение. Такое подавление УФ-излучения значительно снизило распад водяного пара и последующее окисление метана, тем самым увеличив производство органики.
Если бы первоначальное количество метана было эквивалентно количеству углерода, обнаруженного на современной поверхности Земли, могли бы образоваться органические слои толщиной в несколько сотен метров.
«Возможно, произошло скопление органических веществ, которые создали нечто вроде обогащенного супа из важных строительных блоков. Это могло быть источником, из которого впервые появились живые существа на Земле», — предполагает Тацуя Ёсида из Университета Тохоку.
Модель предполагает, что атмосфера на древней Земле была поразительно похожа на ту, которую мы видим сейчас на соседних планетах Венере и Марсе. Однако, несмотря на их близость, Земля превратилась в совершенно другую среду.
Исследователи пытаются понять, что делает Землю такой особенной. Таким образом, эта модель позволяет нам углубить наше понимание того, являются ли эволюция атмосферы и происхождение жизни на Земле уникальными или имеют общие закономерности с другими планетарными системами.
Информация от: Университетом Тохоку
