06.09.2021
Александр Березин
9
6 843

Ученые предложили решение парадокса незамерзания Земли

5.4

Австрийские исследователи показали, что наша планета в древности могла сохранить атмосферу, только если та содержала не менее 40% углекислого газа. Это намного больше, чем предполагалось ранее.

С возрастом Солнце постепенно увеличивает свои размеры и светимость. Через пять миллиардов лет оно станет красным сверхгигантом, который поглотит Землю, а затем сбросит внешние слои и станет очень маленьким белым карликом / ©Wikimedia Commons

Еще в XX веке астрономы установили, что светимость звезд типа Солнца за время их жизни заметно растет. Из этого следовало, что 3,8 миллиарда лет назад она должна была быть на 75% ниже, чем сегодня. Если бы такая светимость у нашей звезды была сейчас, Земля покрылась сплошным ледниковым щитом. Однако никаких признаков оледенений на древней планете нет до самого гурона (2,2 миллиарда лет назад) — да и там, судя по всему, причиной стало снижение содержания СО2 в атмосфере, вызванное бумом фотосинтеза на планете.

Отсюда возникла проблема, известная как «парадокс молодого тусклого Солнца». Если светило было настолько тусклым, как так получилось, что на Земле было довольно тепло? Настолько, что не позднее 3,77 миллиарда лет назад на ней появились следы жизни.

Варианты решения этой проблемы предлагали не раз. Например, выдвигалась идея, что азотная атмосфера планеты тогда была много толще, содержала больше азота и в целом оставалась более плотной. Плотная газовая оболочка снижает потери тепла земной поверхностью: уходящее от нее в космос инфракрасное излучение лучше поглощается атмосферой.

Но у этой гипотезы нашли фатальные недостатки: соотношение изотопов азота в современной атмосфере ему противоречит. Если бы в древности азотная атмосфера была плотнее, легкие атомы азота (азот-14) уносило бы в космос заметно чаще, чем тяжелые (азот-15). Тогда в земном азоте воздуха сейчас азота-15 было больше, чем в других местах Солнечной системы.

Строматолиты, следы деятельности древнейших микроорганизмов, начинают встречаться на нашей планете ранее 3,5 миллиардов лет назад. Судя по ним, жизнь возникла вскоре после формирования планеты / ©Wikimedia Commons

На практике «избытка» тяжелых атомов азота не наблюдается. Вдобавок размеры древних капель, зафиксированных в лаве из далекого прошлого планеты, указывают на то, что атмосферное давление миллиарды лет назад могло быть даже ниже, чем сегодня. То есть плотная газовая оболочка сама по себе не может объяснить парадокса незамерзания древней Земли.

Авторы новой работы решили выяснить, есть ли другие пути решить этот вопрос. Они попытались рассчитать, как изменилась бы судьба земной атмосферы при разных содержаниях в ней углекислого газа. Оказалось, если в воздухе содержится много СО2, то он так эффективно задерживает инфракрасное излучение от поверхности планеты, что это остужает верхние слои нашей атмосферы: до них снизу доходит меньше тепла.

Исследователи напоминают, что раннее Солнце излучало намного больше ультрафиолета, чем сегодня, и это излучение должно было серьезно нагревать именно верхние слои атмосферы (ведь УФ-лучи эффективно поглощаются газами и почти всю энергию должны отдать еще в верхних слоях газовой оболочки). Если бы содержание СО2 3,8 миллиарда лет назад было таким же низким, как сегодня, планета могла потерять всю атмосферу в сжатые сроки.

Во-первых, нагретые верхние слои имеют более высокую скорость молекул газов, что упрощает их «убегание» из поля земного тяготения. Во-вторых, разогретые внешние слои атмосферы испытывают серьезное расширение. Чем дальше они от центра Земли, тем слабее их удерживает гравитация, что упрощает потерю газов в космос.

Поскольку на сегодняшней планете атмосфера вполне наблюдается и плотность ее не ниже, чем в древности, остается предположить, что уровни СО2 в воздухе ранней Земли были намного выше, чем сейчас. Расчеты авторов новой работы показывают, что углекислого газа там должно было быть не менее 40%. Для сравнения: сегодня содержание СО2 в воздухе — только 0,04%, или в тысячу раз меньше. Авторы подчеркивают, что 40% — это ограничение снизу, а фактическое содержание этого газа в воздухе могло быть даже выше.

Если углекислого газа в древности было в тысячу раз больше, чем сейчас, это объясняет парадокс незамерзаний древней Земли. Имея такой эффективный парниковый газ в столь огромных концентрациях (не менее 400 тысяч частей на миллион), планета должна была слабо терять тепло, получаемое от Солнца, поэтому не знала оледенений вплоть до потери основной части атмосферного углекислого газа.

Возможно, основным путем такой потери был фотосинтез, в процессе которого древние микроорганизмы расщепляли СО2, выделяя в воздух кислород и используя углерод для построения собственных тканей.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Вчера, 21:17
Илья Ведмеденко

Научно-производственное объединение «Энергомаш» передало в прошлом году двигатель РД-171МВ ракетно-космическому центу «Прогресс»: там его ждут стендовые испытания в составе первой ступени ракеты-носителя «Союз-5».

Вчера, 13:25
Николай Цыгикало

Создание грандиозной группировки спутников Starlink продемонстрирует принципиально новые качества, которые начинают проявляться у экстремально больших спутниковых систем. Их баллистические возможности могут оказаться неожиданными и позволят использовать такую мегагрупприровку совсем не по основному назначению. Например, можно оперативно превратить часть мирных спутников в оружие и выполнить боевую задачу, а после вернуть спутники к их обычной работе. Naked Science задался вопросом, насколько это возможно.

Позавчера, 19:27
Михаил Орлов

В последнее время Азовское море страдает от нашествий медуз-корнеротов. Местные исследователи из Азово-Черноморского филиала ВНИРО подошли к проблеме изобретательно и предложили использовать корнеротов как ценный продукт питания.

24 января
Сколтех

Коллектив ученых из Сколтеха — аспирант Егор Нужин, доцент Максим Панов и профессор Николай Бриллиантов — при помощи методов искусственного интеллекта объяснили таинственное поведение, характерное для ряда животных, — кружение.

26 января
Илья Ведмеденко

Украина, вероятно, потеряла недавно запущенный космический аппарат «Сич-2-30». Пока с ним нет устойчивой связи — или совсем никакой.

23 января
Илья Ведмеденко

(16) Психея – одно из самых необычных небесных тел в Поясе астероидов. Она может дать людям не только понимание о происхождении планет, но и невероятные по своим объемам ресурсы. Правда, придется подождать: миссия по исследованию астероида находится лишь в самом начале долгого и сложного пути.

12 января
Алиса Гаджиева

Дополнительное исследование вулканических пород формации Кибиш в Эфиопии изменило датировку найденных там костей Homo sapiens.

20 января
ТГУ

Ученые факультета физической культуры Томского государственного университета в рамках гранта, поддержанного РНФ, исследуют особенности механизма усвоения глюкозы при сахарном диабете второго типа. Для этого был организован масштабный четырехмесячный эксперимент на 240 мышах, подобного которому в мире еще никто не проводил. Животные с искусственно сформированным диабетом подвергались физической нагрузке. Установлено, что вечерние тренировки лучше снижали вес мышей мышей, а утренние – приводили к уменьшению уровня глюкозы. Предположительно, фактором, стимулирующим утилизацию глюкозы, выступил стресс. Ученые намерены проверить эту гипотезу.

24 января
Сколтех

Коллектив ученых из Сколтеха — аспирант Егор Нужин, доцент Максим Панов и профессор Николай Бриллиантов — при помощи методов искусственного интеллекта объяснили таинственное поведение, характерное для ряда животных, — кружение.

[miniorange_social_login]

Комментарии

9 Комментариев

-
0
+
у молодой Земли в атмосфере,в огромном количестве находились ВСЕ парниковые газы и в их числе;метан,пропан,гексан и т.п.,в том числе и их производные эфиры,и ароматические углеводороды,парниковый эффект от которых на Порядке выше чем от СО2
Гипотез много, но истина дороже... Поэтому выскажу мнение, как бывшего контактёра с подростками-гибридами Фаэтона (Глории), планеты, которую скрывают от нас....и не позволяют знать правды об оккупации планеты богов и геноциде богов, как Земли, так и Фаэтона. Если бы об этом знали учёные, то не стали бы завышать процент углекислого газа, а дали бы правильный ответ причине замерзания Земли, и, как следствие, ответили на вопрос, почему Земля не могла замёрзнуть сама по себе, а также кто разморозил Землю. Другие учёные давно дали ответ на эти вопросы, которые коррелируют проблемами палеонтологии Земли, а здесь всё в теории и удаление от Истины.
-
0
+
Прогуглил за 5 минут отечественного предшественника австралийцев: "1. Углекислый газ CO2 появился благодаря обильным вулканическим извержениям. Нет единого мнения о его процентном составе в атмосфере 4 - 5 миллиардов лет назад. Газовый состав современных вулканических извержений содержит 40% по весу углекислого газа, а азота N2 Ђ 2%. Однако можно предположить, что в прошлом углекислый газ имел возможность накапливаться в атмосфере до 90%. Это объясняется тем, что CO2 и N2 являются самыми инертными химическими соединениями атмосферы, и они почти не вступают в реакции c другими элементами. Остальные вулканические газы (HCl, CN, HF, SO2, NH3 и другие) относятся к крайне агрессивным компонентам, поэтому быстро "уничтожались", вступая в соединения с металлами горных пород, веществами вулканической лавы, растворенными в водах солями. Следовательно, процентное содержание углекислого газа и азота постоянно возрастало, а других газов - постепенно уменьшалось". http://lit.lib.ru/img/m/molostow_w/text_0020/evol_html_625b062b.png Размещен: 21/02/2010, изменен: 21/02/2010. 3035k. Кстати, у этого В. Молостова очень мрачный взгляд на будущее: через 1 млрд лет Земля станет безвоздушной!..
    "Однако можно предположить, что в прошлом углекислый газ имел возможность накапливаться в атмосфере до 90%" "Можно предположить" и надежные расчетные ограничения, как в работе выше -- разные вещи.
    +
      ещё комментарии
      -
      0
      +
      ...надежные расчетные ограничения...
      ...всегда строятся на зыбких допущениях... что у Молостова, что у австралийцев... (кстати, глянул краем глаза, а у Молостова тоже полно расчетов, формул, графиков)... Цитату я привел не для спора, а для подтверждения, что сегодня "ничто не ново под луной"...
        У Молостова нет ограничений вида: "если бы уровень СО2 был ниже 40%, атмосферы бы на Земле не было". Тезис о высоких процентах у него -- чисто предположение, без попыток расчетного обоснования.
          -
          0
          +
          У Молостова нет ограничений вида: "если бы уровень СО2 был ниже 40%, атмосферы бы на Земле не было"
          Молостов мне не друг, но истина дороже: Вообще-то, если читать не предвзято, то именно этот нижний порог им как раз установлен ссылкой на процентное содержание углекислого газа в вулканических извержениях и вероятным его большим содержанием в тогдашнем воздухе по причине последующих химических реакций... Специально он этим вопросом не занимался, так как его интересовал более общий вопрос условий и причин эволюции цивилизации... Но он, все же, на "углекислотность" атмосферы, как предпосылку формирования биоты, указал минимум на 11 лет раньше столь любезных вам австралийцев... При этом, совершенно не настаиваю на том, что сам Молостов был в этом вопросе первопроходцем, так как мне кажется, что тут он использовал какие-то, на его взгляд общеизвестные доводы и теории...

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: