研究表明早期地球的大气层富含二氧化碳

灰色球体,表面有许多小结节压在一起。

一颗沙粒大小的微小铁微陨石的高分辨率显微镜视图。对这些粒子的分析表明,27 亿年前,地球大气层曾经含有更多的二氧化碳。图片来自安德鲁汤姆金斯/宾夕法尼亚州立大学.


几十亿年前,在其历史早期,地球的大气层是什么样的?宾夕法尼亚州立大学的研究人员他们通过分析铁找到了一些线索微陨石在古老的土壤中。这些来自太空的粒子——一个子集宇宙尘埃– 建议二氧化碳27 亿年前,它占地球大气层的 25% 到 50%。这与今天的二氧化碳水平形成鲜明对比0.04%.也可能少了那么比在我们今天的气氛中;现在,氮气是我们大气中的主要气体。

新的同行评审调查结果是发表在杂志上美国国家科学院院刊2020 年 1 月 21 日。


在地球 45.4 亿年的历史中,二氧化碳浓度变化很大。这项新工作有助于量化在遥远的过去构成地球大气层的元素。

被研究的微小铁微陨石不比沙粒大。它们是在古老的土壤中发现的——称为古土壤– 大约有 27 亿年的历史。土壤被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古宙,当太阳比今天弱。

科学家们如何从如此小的粒子中确定大气成分?当陨石划过大气层时,它们被高温融化了。当它们遇到大气中的气体时,它们就被氧化了。今天仍然可以看到这种氧化,并进行分析。丽贝卡·佩恩宾夕法尼亚州立大学这项研究的主要作者在一份声明中说:




这是一种很有前途的新工具,可用于确定过去数十亿年的高层大气成分。

以前认为高层大气中的游离氧分子氧化陨石,但新的研究驳斥了这个想法。为了使这种情况可信,当时的氧气量必须与现在相似。但其他研究表明,那里的氧气没有今天那么多,甚至根本没有。这留下了二氧化碳作为可能氧化陨石的气体。该结论基于使用新的分析光化学和气候模型。

红色背景上有许多微小的深色金属球体。

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/华盛顿大学.

但该分析还表明,至少 25% 的大气必须由二氧化碳组成,也许更多。这与之前的大气模型相符,该模型表示早期的氧气要少得多,直到大氧化事件大约 24 亿年前。欧文莱默,华盛顿大学博士生,陈述


我们发现这些微陨石遇到的大气中二氧化碳含量很高,这与人们认为早期地球大气的样子是一致的。

另一个关键发现是,27 亿年前地球大气中的氮可能比现在少得多。今天,氮气约占大气的 78%。然而,我们对当时(近 30 亿年前)的情况的了解存在问题。有这么多二氧化碳,地球应该更暖和,但有证据表明事实并非如此。事实上,它部分被冰川覆盖。然而,如果氮比今天少,这可以解释。这将导致较低的大气压,然后可以允许两个都更高的二氧化碳水平和更低的温度。根据吉姆铸造,宾夕法尼亚州立大学的 Evan Pugh 教授:

我们的论文中引用了一些数据,支持在此期间降低氮浓度。我们对微陨石氧化的研究符合这种解释。我们的主要大气气体氮在遥远的过去不太丰富的可能性真的很有趣。

带有描述其大气成分的文本注释的火星和地球地球仪。

地球和火星当前大气的比较。火星大气主要由二氧化碳组成,就像地球过去一样,尽管它要稀薄得多。图像通过这个.


关于几十亿年前大气中的二氧化碳含量有很多争论,而这项新研究现在将增加这一点。各种研究经常相互矛盾;这是因为他们主要依赖古老的土壤,这可能会受到天气或地表覆盖的影响。它们还倾向于反映低层大气中的条件,而不是高层大气中的情况,在那里陨石首先会受到影响并被氧化。正如佩恩所说:

越来越难以弄清楚不同古土壤研究和气候模型之间的一致性应该在哪里。这很有趣,因为这是一个新的比较点。它可能会帮助我们找到关于远古大气二氧化碳的正确答案。

这些发现也可能有助于科学家更好地了解火星大气的演变。它也主要是二氧化碳,但比地球的要薄得多,而且它的早期成分仍然是一个有争议的问题。科学家们之间也存在类似的分歧,即火星大气如何曾经如此厚实和温暖,足以让液态水存在于行星表面,当时一些证据仍然表明火星历史上的大部分时间气候较冷。

金星的大气也主要是二氧化碳,但它比地球厚得多表面压力.人们认为金星在其年轻的时候曾经更像地球(正如我们现在所知),但在今天最终形成了浓密的二氧化碳大气层,这使得金星变成了一个灼热的世界,原因是这温室效应.

弄清楚早期地球大气的真实成分将有助于科学家更好地了解大气在过去几十亿年中是如何变化的,以及生命最初开始进化时的情况。然后可以将这些数据外推到其他具有大气层的岩石行星,如火星或金星,以了解它们如何采取如此不同的进化路径。莱默说:

生命形成于 38 亿多年前,生命如何形成是一个大而悬而未决的问题。最重要的方面之一是大气是由什么组成的,有什么可用的以及气候是什么样的。

与乌云和天空中的流星的熔融熔岩。

艺术家对数十亿年前早期地球的概念。 27 亿年前的微陨石表明,地球大气中的二氧化碳含量比今天多,氮含量少。图片来自美国宇航局/戈达德图像实验室/Phys.org.

底线:对微小古代陨石的新分析表明,地球大气层曾经含有比现在多得多的二氧化碳。

来源:氧化微陨石表明二氧化碳或低新太古代时期的N2

通过宾夕法尼亚州立大学新闻

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