Een team van internationale wetenschappers onder leiding van ETH-onderzoeker Paolo Sossi heeft nieuwe inzichten gekregen in de atmosfeer van de aarde van 4,5 miljard jaar geleden. Hun resultaten hebben implicaties voor de mogelijke oorsprong van het leven op aarde.

Vier en een half miljard jaar geleden, De aarde zou moeilijk te herkennen zijn geweest. In plaats van de bossen, bergen en oceanen die we vandaag kennen, het oppervlak van onze planeet was volledig bedekt met magma - het gesmolten rotsachtige materiaal dat tevoorschijn komt wanneer vulkanen uitbarsten. Hierover is de wetenschappelijke gemeenschap het eens. Wat minder duidelijk is, is hoe de sfeer destijds was. Nieuwe internationale onderzoeksinspanningen onder leiding van Paolo Sossi, senior research fellow bij ETH Zürich en de NCCR PlanetS, poging om enkele van de mysteries van de oeratmosfeer van de aarde op te heffen. De bevindingen zijn vandaag gepubliceerd in het tijdschrift wetenschappelijke vooruitgang .

Magma maken in het laboratorium

"Vier-en-een-half miljard jaar geleden, het magma wisselde constant gassen uit met de bovenliggende atmosfeer, ' Sossi begint het uit te leggen. 'De lucht en het magma beïnvloedden elkaar. Dus, je kunt over het een van het ander leren."

Om meer te weten te komen over de oeratmosfeer van de aarde, die heel anders was dan nu, de onderzoekers creëerden daarom hun eigen magma in het laboratorium. Dat deden ze door een poeder te mengen dat paste bij de samenstelling van de gesmolten aardmantel en dit te verhitten. Wat eenvoudig klinkt, vereiste de nieuwste technologische ontwikkelingen, zoals Sossi opmerkt:"De samenstelling van ons mantelachtige poeder maakte het moeilijk om te smelten - we hadden zeer hoge temperaturen nodig van ongeveer 2, 000° Celsius."

Dat vereiste een speciale oven, die werd verwarmd door een laser en waarbinnen de onderzoekers het magma konden laten zweven door er stromen van gasmengsels omheen te laten stromen. Deze gasmengsels waren plausibele kandidaten voor de oeratmosfeer die, als 4,5 miljard jaar geleden, beïnvloedde het magma. Dus, met elk gasmengsel dat rond het monster stroomde, het magma bleek een beetje anders.

"Het belangrijkste verschil waar we naar zochten, was hoe geoxideerd het ijzer in het magma werd, " legt Sossi uit. In minder nauwkeurige woorden:hoe roestig. Als ijzer zuurstof ontmoet, het oxideert en verandert in wat we gewoonlijk roest noemen. Dus, toen het gasmengsel dat de wetenschappers over hun magma bliezen veel zuurstof bevatte, het ijzer in het magma werd meer geoxideerd.

Dit niveau van ijzeroxidatie in het afgekoelde magma gaf Sossi en zijn collega's iets dat ze konden vergelijken met natuurlijk voorkomende gesteenten die tegenwoordig de aardmantel vormen - de zogenaamde peridotieten. De ijzeroxidatie in deze rotsen heeft nog steeds de invloed van de oeratmosfeer die erin is ingeprent. Door de natuurlijke peridotieten en die van het laboratorium te vergelijken, kregen de wetenschappers aanwijzingen over welke van hun gasmengsels het dichtst bij de oeratmosfeer van de aarde kwamen.

Een nieuwe kijk op de opkomst van het leven

"Wat we vonden was dat, na afkoeling uit de magmastaat, de jonge aarde had een atmosfeer die licht oxideerde, met koolstofdioxide als hoofdbestanddeel, evenals stikstof en wat water, Sossi meldt. De oppervlaktedruk was ook veel hoger, bijna honderd keer die van vandaag en de atmosfeer was veel hoger, vanwege het hete oppervlak. Door deze kenmerken leek het meer op de atmosfeer van de huidige Venus dan op die van de huidige aarde.

Dit resultaat heeft twee hoofdconclusies, volgens Sossi en zijn collega's:De eerste is dat de aarde en Venus begonnen met vrij gelijkaardige atmosferen, maar de laatste verloor vervolgens zijn water door de dichtere nabijheid van de zon en de daarmee gepaard gaande hogere temperaturen. Aarde, echter, hield zijn water, voornamelijk in de vorm van oceanen. Deze absorbeerden veel van de CO ₂ van de lucht, waardoor de CO . wordt verminderd ₂ niveaus aanzienlijk.

De tweede conclusie is dat een populaire theorie over het ontstaan ​​van leven op aarde nu veel minder waarschijnlijk lijkt. Dit zogenaamde "Miller-Urey-experiment", waarin blikseminslagen interageren met bepaalde gassen (met name ammoniak en methaan) om aminozuren te creëren - de bouwstenen van het leven - zou moeilijk te realiseren zijn geweest. De benodigde gassen waren simpelweg niet voldoende aanwezig.