อุกกาบาตขนาดเล็กแนะนำว่าโลกโบราณมีบรรยากาศที่อุดมไปด้วยคาร์บอนไดออกไซด์

ระดับ CO 2 ที่ สูง อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางเคมีที่สังเกตพบในฝุ่นจักรวาลชั้นบรรยากาศของโลกเมื่อ 2.7 พันล้านปีก่อนอาจมีคาร์บอนไดออกไซด์มากกว่าสองในสาม การค้นพบดังกล่าวมาจากการศึกษาใหม่ที่จำลองว่าบรรยากาศในสมัยโบราณอาจมีปฏิสัมพันธ์กับเศษฝุ่นจักรวาลที่ตกลงมาบนท้องฟ้าอย่างไร

นัก วิจัย แนะนำว่า บรรยากาศที่อุดมด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ดังกล่าว 

อาจสร้างปรากฏการณ์ก๊าซเรือนกระจกได้ในวันที่ 22 มกราคม ในทางกลับกัน อาจช่วยตอบปริศนาอายุหลายสิบปีที่รู้จักกันในชื่อ “ ดวงอาทิตย์ที่ย้อนแย้ง :” ว่ามหาสมุทรของเหลวสามารถดำรงอยู่ได้บนโลกได้อย่างไรเมื่อดวงอาทิตย์หรี่แสงลงประมาณ 30% เมื่อเทียบกับตอนนี้ ( SN: 4/18/ 13 )

ค่าประมาณของคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศในช่วง Archean Eon ซึ่งกินเวลาตั้งแต่ 4 พันล้านถึง 2.5 พันล้านปีก่อนนั้นแตกต่างกันอย่างมาก Owen Lehmer นักโหราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยวอชิงตันในซีแอตเทิลกล่าวว่า “การประมาณการปัจจุบันครอบคลุมประมาณสามเท่า จาก 10 เท่าของตอนนี้จนถึงมากกว่าพันเท่า” ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์จึงได้ค้นหาข้อมูลที่สามารถย่อช่วงนั้นได้

เข้าไปในกลุ่มอุกกาบาตขนาดเล็ก 59 ตัวที่ฝังอยู่ในหินปูนอายุ 2.7 พันล้านปีจากภูมิภาค Pilbara ทางตะวันตกเฉียงเหนือของออสเตรเลีย อุกกาบาตที่ได้รับการเก็บรักษาไว้อย่างดีเหล่านี้ได้รับการอธิบายครั้งแรกในการศึกษาปี 2016 ในธรรมชาติและยังคงเป็นอุกกาบาตฟอสซิลที่เก่าแก่ที่สุดเท่าที่เคยพบมา ประมาณ 900,000 ปี ด้วยเหตุนี้พวกเขาจึงนำเสนอบรรยากาศของโลกที่สาบสูญ

เศษหินเล็กๆ ไม่กว้างไปกว่าเส้นผมมนุษย์ ซูมผ่านชั้นบรรยากาศของโลกโบราณ ไมโครอุกกาบาตทำมาจากเหล็กและนิกเกิลจะร้อนขึ้นเมื่อตกลงมา ละลายและแข็งตัวอีกครั้งก่อนจะร่อนลงสู่มหาสมุทรและจมลงสู่พื้นทะเล ที่นั่นพวกเขาถูกฝังอย่างช้าๆในหินปูน

ในช่วงเวลาสั้นๆ ที่หลอมละลายบางส่วน ไมโครอุกกาบาตจะทำปฏิกิริยาทางเคมีกับชั้นบรรยากาศของโลก ก๊าซในชั้นบรรยากาศ ไม่ว่าจะเป็นออกซิเจนหรือคาร์บอนไดออกไซด์ เหล็กจะถูกออกซิไดซ์ จับอิเล็กตรอน และเปลี่ยนแร่ธาตุเดิมให้กลายเป็นแร่ธาตุใหม่

จากการวิเคราะห์ทางเคมีของไมโครอุกกาบาตมากกว่าหนึ่งโหล การศึกษาในปี 2559 เดิมชี้ให้เห็นว่าระดับของการเกิดออกซิเดชันของเหล็กชี้ไปที่บรรยากาศชั้นบนที่อุดมด้วยออกซิเจนอย่างน่าประหลาดใจ เมื่อ 2.7 พันล้านปีก่อน ซึ่งไม่ต่างกับออกซิเจน 20 เปอร์เซ็นต์ในปัจจุบัน  

แต่คำตอบนั้นไม่เคยเป็นที่พอใจเลย Lehmer กล่าว

จากข้อมูลที่รวบรวมจากโขดหิน Archean นักวิทยาศาสตร์มักเห็นด้วยว่ามีออกซิเจนเพียงเล็กน้อยในบรรยากาศที่พื้นผิวโลกในช่วง Archean ดังนั้นปริมาณออกซิเจนที่สูงกว่ามากจึงหมายถึงการแบ่งชั้นที่เหมือนเค้กเลเยอร์ โดยมีองค์ประกอบบรรยากาศที่แตกต่างกันมากสององค์ประกอบที่ระดับความสูงต่างกัน

“ไม่ชัดเจนว่ามันเป็นไปไม่ได้ แต่มันยากที่จะจินตนาการถึงบรรยากาศในสภาพนั้น” เลห์เมอร์กล่าว “ทุกบรรยากาศที่เราสามารถมองเห็นได้บนดาวเคราะห์ภาคพื้นดินนั้นผสมผสานกันเป็นอย่างดี” ถูกกวนเข้าด้วยกันด้วยกระแสลมหมุนวนและกระแสน้ำวนและกระแสอากาศที่วุ่นวาย “การผสมแบบปั่นป่วนช่วยป้องกันไม่ให้เกิดการแบ่งชั้นดังกล่าว”

ดังนั้นเลห์เมอร์และเพื่อนร่วมงานจึงตัดสินใจจัดการกับช้างในห้อง จะเกิดอะไรขึ้นถ้าคาร์บอนไดออกไซด์มีหน้าที่ในการออกซิไดซ์ของเหล็กมากกว่าออกซิเจน? ทั้งคู่สามารถเป็นตัวออกซิไดซ์ได้ แม้ว่าออกซิเจนอิสระจะทำปฏิกิริยาได้เร็วกว่าออกซิเจนที่จับกับ CO 2มาก ถึงกระนั้น Lehmer กล่าวว่า “ถ้าคุณไม่สามารถมีชั้นบรรยากาศที่แบ่งชั้นได้ ก็มีเหตุผลที่จะคิดว่ามีออกซิเจนเพียงเล็กน้อยหรือไม่มีเลย”

เพื่อทดสอบว่าคาร์บอนไดออกไซด์สามารถออกซิไดซ์ไมโครอุกกาบาตที่เคลื่อนที่เร็วได้ดีเพียงใด ทีมงานได้จำลองการเดินทางของฝุ่นจักรวาลประมาณ 15,000 บิต ซึ่งมีขนาดตั้งแต่สองถึงประมาณ 500 ไมครอน ขณะที่พวกมันเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลกและเคลื่อนตัวสู่พื้นดิน หินก้อนเล็กๆ เคลื่อนเข้ามาจากมุมต่างๆ และเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ต่างกัน เปลี่ยนแปลงการหลอมละลายของหินเหล่านั้น และทีมงานยังได้ให้หินผ่านชั้นบรรยากาศด้วยความเข้มข้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในช่วง 2 ถึง 85 เปอร์เซ็นต์โดยปริมาตร

การจำลองชี้ให้เห็นว่าบรรยากาศที่ประกอบด้วยคาร์บอนไดออกไซด์อย่างน้อย 70 เปอร์เซ็นต์สามารถออกซิไดซ์ไมโครอุกกาบาตแทนที่จะเป็นชั้นบรรยากาศที่แบ่งชั้นด้วยชั้นบรรยากาศด้านบนที่อุดมไปด้วยออกซิเจน นอกจากนี้ยังสอดคล้องกับหลักฐานอื่นๆ ที่บ่งชี้ถึงบรรยากาศที่ครอบครองคาร์บอนไดออกไซด์ในช่วง Archean รวมถึงการวิเคราะห์ดินโบราณที่ผุกร่อนจากหิน ทีมงานกล่าว

บรรยากาศที่อุดม ด้วย CO 2 ดังกล่าว ประกอบกับปริมาณก๊าซมีเทนที่ก่อให้เกิดก๊าซเรือนกระจกในปริมาณที่เหมาะสม อาจสร้างโลกเรือนกระจกที่อบอุ่นได้เช่นกัน นั่นอาจทำให้เป็นคำตอบที่ใฝ่หามานานสำหรับความย้อนแย้งของดวงอาทิตย์วัยเยาว์ที่เลือนลาง

“มันอาจจะไม่ได้ไขปริศนาทั้งหมด แต่มันทำให้ส่วนสำคัญเข้าที่” เลห์เมอร์กล่าว

Matthew Genge นักวิทยาศาสตร์ดาวเคราะห์จาก Imperial College London ผู้เขียนร่วมของการ ศึกษาNatureปี 2016 กล่าวว่า “พวกเขามีประเด็น Genge ยอมรับว่าแนวคิดที่ว่าอาจมีชั้นบรรยากาศเป็นชั้นๆ นั้นน่าประหลาดใจแม้แต่ในตอนนั้น แต่ “ผมคิดว่าคณะลูกขุนยังไม่ตัดสิน” ว่าออกซิเจนหรือคาร์บอนไดออกไซด์มีส่วนรับผิดชอบต่อการออกซิไดซ์ของฝุ่นจักรวาลหรือไม่ เขากล่าว

การจำลองโดยทีมของ Lehmer แนะนำว่า CO 2สามารถทำปฏิกิริยาได้เร็วพอกับเหล็กเพื่อออกซิไดซ์ชั้นนอกของหิน หรือแม้แต่ออกซิไดซ์ให้เต็มที่ แต่การจำลองเวลาตอบสนองดังกล่าว “เป็นกรณีในอุดมคติ” Genge กล่าว “ภายใต้สภาวะเหล่านี้ ปฏิกิริยาจะเร็วที่สุดเท่าที่เป็นไปได้” แต่ปฏิกิริยาที่รวดเร็วดังกล่าวอาจไม่สมจริง การวิเคราะห์ทางเคมีเพิ่มเติมของไมโครอุกกาบาตจริงอาจช่วยให้นักวิทยาศาสตร์วางขอบเขตที่สมจริงในการจำลองได้

สิ่งมหัศจรรย์ของมันคือ “มีหินก้อนเล็กๆ ที่ช่วยให้เราทำธรณีวิทยาในชั้นบรรยากาศที่อยู่เหนือพื้นดินได้” เกิงเกกล่าว “เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นที่อนุภาคเล็กๆ เหล่านี้ซึ่งยังคงตกอยู่รอบตัวเรา ช่วยให้เราย้อนเวลากลับไปในอดีตได้”