Trong Hadean Eon, khoảng 4,5 tỷ năm trước, thế giới là một nơi khác nhiều so với ngày nay. Cũng trong thời gian này, hoạt động vượt trội và núi lửa đã tạo ra bầu không khí nguyên thủy bao gồm carbon dioxide, hydro và hơi nước.
Một chút không khí nguyên thủy này vẫn còn, và bằng chứng địa nhiệt cho thấy bầu khí quyển Trái đất có thể đã bị xóa sổ hoàn toàn ít nhất hai lần kể từ khi hình thành hơn 4 tỷ năm trước. Cho đến gần đây, các nhà khoa học không chắc chắn về những gì có thể gây ra sự mất mát này.
Nhưng một nghiên cứu mới từ MIT, tiếng Do Thái Univeristy và Caltech chỉ ra rằng sự bắn phá dữ dội của các thiên thạch trong giai đoạn này có thể phải chịu trách nhiệm.
Vụ bắn phá thiên thạch này sẽ diễn ra vào khoảng thời gian Mặt trăng được hình thành. Sự bắn phá dữ dội của những tảng đá không gian sẽ làm nổ tung những đám mây khí với lực đủ mạnh để đẩy khí quyển vào không gian. Những tác động như vậy cũng có thể đã thổi bay các hành tinh khác, và thậm chí làm bong tróc bầu khí quyển của Sao Kim và Sao Hỏa.
Trên thực tế, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng các hành tinh nhỏ có thể hiệu quả hơn nhiều so với các tác động lớn - như Theia, nơi va chạm với Trái đất được cho là đã hình thành Mặt trăng - dẫn đến mất khí quyển. Dựa trên tính toán của họ, sẽ có một tác động lớn để phân tán phần lớn bầu khí quyển; nhưng được thực hiện cùng nhau, nhiều tác động nhỏ sẽ có tác dụng tương tự.
Hilke Schlichting, trợ lý giáo sư tại Khoa Trái đất, Khoa học Khí quyển và Hành tinh của MIT, cho biết việc tìm hiểu các trình điều khiển của bầu khí quyển cổ xưa của Trái đất có thể giúp các nhà khoa học xác định các điều kiện hành tinh ban đầu khuyến khích sự sống hình thành.
[Phát hiện này] đặt ra một điều kiện ban đầu rất khác nhau cho những gì bầu khí quyển Trái đất ban đầu rất có thể giống như, ông Schl Schlichting nói. Voi Nó cho chúng ta một điểm khởi đầu mới để cố gắng hiểu thành phần của bầu khí quyển là gì và điều kiện để phát triển cuộc sống là gì.
Hơn nữa, nhóm đã kiểm tra xem có bao nhiêu bầu khí quyển bị giữ lại và mất đi sau các tác động với các cơ thể khổng lồ, có kích thước sao Hỏa và lớn hơn và với các tác động nhỏ hơn có kích thước từ 25 km trở xuống.
Những gì họ tìm thấy là một vụ va chạm với vật va chạm lớn như sao Hỏa sẽ có tác dụng cần thiết là tạo ra sóng xung kích lớn qua bên trong Trái đất và có khả năng phóng ra một phần đáng kể của bầu khí quyển hành tinh.
Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu xác định rằng một tác động như vậy không có khả năng xảy ra, vì nó sẽ biến nội thất Trái đất thành một lớp bùn đồng nhất. Với sự xuất hiện của các yếu tố đa dạng được quan sát trong phần bên trong Earth, một sự kiện như vậy dường như không xảy ra trong quá khứ.
Ngược lại, một loạt các tác động nhỏ hơn sẽ tạo ra một vụ nổ các loại, giải phóng một đống mảnh vụn và khí gas. Lực tác động lớn nhất trong số này sẽ đủ mạnh để đẩy tất cả khí ra khỏi bầu khí quyển ngay phía trên vùng va chạm. Chỉ một phần nhỏ của bầu khí quyển này sẽ bị mất sau những tác động nhỏ hơn, nhưng nhóm nghiên cứu ước tính rằng hàng chục ngàn tác động nhỏ có thể đã kéo nó đi.
Một kịch bản như vậy có khả năng đã xảy ra 4,5 tỷ năm trước trong Hadean Eon. Thời kỳ này là một trong những hỗn loạn của thiên hà, khi hàng trăm ngàn tảng đá vũ trụ xoay quanh hệ mặt trời và nhiều người được cho là đã va chạm với Trái đất.
Chắc chắn, chúng tôi đã có tất cả những tác động nhỏ hơn này vào thời điểm đó, ông Schl Schlichting nói. Một tác động nhỏ không thể loại bỏ hầu hết bầu khí quyển, nhưng nói chung, chúng có hiệu quả hơn nhiều so với các tác động khổng lồ và có thể dễ dàng đẩy ra tất cả bầu khí quyển Trái đất.
Tuy nhiên, Schlichting và nhóm của cô nhận ra rằng hiệu ứng tổng của các tác động nhỏ có thể quá hiệu quả trong việc làm mất khí quyển. Các nhà khoa học khác đã đo thành phần khí quyển của Trái đất so với Sao Kim và Sao Hỏa; và so với sao Kim, các loại khí quý tộc của Earth đã bị cạn kiệt 100 lần. Nếu những hành tinh này đã được tiếp xúc với cùng một loạt các tác động nhỏ trong lịch sử ban đầu của chúng, thì sao Kim sẽ không có bầu khí quyển ngày hôm nay.
Cô và các đồng nghiệp đã quay lại kịch bản tác động nhỏ để thử và giải thích cho sự khác biệt này trong bầu khí quyển hành tinh. Dựa trên các tính toán tiếp theo, nhóm nghiên cứu đã xác định được một hiệu ứng thú vị: Một khi một nửa bầu khí quyển hành tinh đã bị mất, việc các tác nhân nhỏ sẽ đẩy phần khí còn lại trở nên dễ dàng hơn nhiều.
Các nhà nghiên cứu tính toán rằng bầu khí quyển Sao Kim sẽ chỉ phải bắt đầu lớn hơn một chút so với Trái đất để tạo ra các tác động nhỏ làm xói mòn nửa đầu của bầu khí quyển Trái đất, trong khi vẫn giữ nguyên Venus Venus. Từ thời điểm đó, Schlichting mô tả hiện tượng này là một quá trình chạy trốn của người Viking - một khi bạn xoay sở để thoát khỏi nửa đầu, thì hiệp hai thậm chí còn dễ dàng hơn.
Điều này đã dẫn đến một câu hỏi quan trọng khác: Điều gì cuối cùng đã thay thế bầu khí quyển Trái đất? Sau khi tính toán thêm, Schlichting và nhóm của cô đã tìm thấy những tác nhân tương tự mà việc đẩy khí cũng có thể đã đưa ra các loại khí mới, hoặc chất bay hơi.
Khi một tác động xảy ra, nó làm tan chảy hành tinh và các chất bay hơi của nó có thể đi vào bầu khí quyển, theo ông Schlichting. Họ không chỉ có thể làm cạn kiệt mà còn bổ sung một phần của bầu khí quyển.
Nhóm đã tính toán lượng chất bay hơi có thể được giải phóng bởi một tảng đá có thành phần và khối lượng nhất định, và thấy rằng một phần đáng kể của khí quyển có thể đã được bổ sung bởi tác động của hàng chục ngàn tảng đá vũ trụ.
Số lượng của chúng tôi là thực tế, dựa trên những gì chúng tôi biết về nội dung dễ bay hơi của các loại đá khác nhau mà chúng tôi có, ghi chú của Schlichting.
Jay Melosh, giáo sư khoa học trái đất, khí quyển và hành tinh tại Đại học Purdue, nói rằng kết luận của Schlichting, là một điều đáng ngạc nhiên, vì hầu hết các nhà khoa học đều cho rằng bầu khí quyển Trái đất bị xóa sổ bởi một tác động khổng lồ. Các lý thuyết khác, theo ông, đã tạo ra một luồng bức xạ cực tím mạnh mẽ từ mặt trời, cũng như một cơn gió mặt trời hoạt động bất thường.
Melosh làm thế nào Trái đất mất đi bầu khí quyển nguyên thủy của nó là một vấn đề lâu dài và bài báo này đi một chặng đường dài để giải quyết bí ẩn này, ông Melosh, người không đóng góp cho nghiên cứu. Cuộc sống đã bắt đầu trên Trái đất khoảng thời gian này và vì vậy việc trả lời câu hỏi về việc bầu khí quyển bị mất cho chúng ta biết về những gì có thể đã khởi nguồn cho sự sống.
Đi về phía trước, Schlichting hy vọng sẽ kiểm tra kỹ hơn các điều kiện bên dưới sự hình thành ban đầu của Earth, bao gồm cả sự tương tác giữa việc giải phóng các chất bay hơi từ các tác động nhỏ và từ đại dương magma cổ đại Earth Earth.
Chúng tôi muốn kết nối các quá trình địa vật lý này để xác định đâu là thành phần có khả năng nhất của khí quyển vào thời điểm 0, khi Trái đất vừa mới hình thành và hy vọng xác định được các điều kiện cho sự tiến hóa của sự sống, ông Schl Schlichting nói.
Schlichting và các đồng nghiệp của cô đã công bố kết quả của họ trong ấn bản tháng hai của tạp chí Icarus.
