Hadean Eoni ajal, umbes 4,5 miljardit aastat tagasi, oli maailm palju teistsugune koht kui praegu. Just sel ajal tekitas gaasipuhumine ja vulkaaniline aktiivsus ürgse atmosfääri, mis koosnes süsinikdioksiidist, vesinikust ja veeaurust.
Sellest ürgsest atmosfäärist on alles vähe ja geotermiliste tõendite kohaselt võib Maa atmosfäär olla vähemalt kaks korda täielikult hävinud, alates selle kujunemisest enam kui 4 miljardit aastat tagasi. Kuni viimase ajani ei olnud teadlased kindlad, mis võis selle kaotuse põhjustada.
Kuid MIT-i, heebrea ülikoolide ja Caltechi uus uuring näitab, et meteoriitide intensiivne pommitamine sel perioodil võis olla vastutav.
See meteoorne pommitamine oleks toimunud umbes Kuu moodustumisega samal ajal. Kosmosekivimite intensiivne pommitamine oleks avaldanud piisavalt pilku gaasipilved, et atmosfäär kosmosesse püsivalt väljutada. Sellised löögid võisid puhuda ka teisi planeete ja isegi Veenuse ja Marsi atmosfääri koorida.
Tegelikult leidsid teadlased, et väikesed tasapinnalised näidised võivad olla atmosfääri kadude mõjutamisel palju efektiivsemad kui suured löökkatsekehad - näiteks Theia, mille kokkupõrge Maaga on arvatavasti moodustanud Kuu. Nende arvutuste põhjal kulub suurema osa atmosfääri hajutamiseks hiiglaslik mõju; kuid kokku võttes oleks paljudel väikestel mõjudel sama mõju.
MITi Maa atmosfääri- ja planeediteaduste osakonna abiprofessor Hilke Schlichting ütleb, et Maa iidse atmosfääri ajendite mõistmine võib aidata teadlastel tuvastada varased planeeditingimused, mis julgustasid elu tekkima.
"[See leid] seab Maa varase atmosfääri kõige tõenäolisema tõenäosusega väga erinevad algtingimused," ütleb Schlichting. "See annab meile uue lähtepunkti, kui proovime mõista, milline oli atmosfääri koostis ja mis olid elu arendamise tingimused."
Veelgi enam, rühm uuris, kui palju atmosfääri säilitati ja mis kadus pärast kokkupõrkeid hiiglaslike, Marsi suuruste ja suuremate kehadega ning väiksemate löökkatsekehadega, mille pikkus on 25 kilomeetrit või vähem.
Nad leidsid, et kokkupõrkel nii massiivse löökkatsekehaga kui Marsil oleks vajalik efekt, kui see tekitaks Maa sisemuses massiivse lööklaine ja väljutaks potentsiaalselt olulise osa planeedi atmosfäärist.
Teadlased leidsid siiski, et sellist mõju tõenäoliselt ei tekkinud, kuna see oleks muutnud Maa sisemuse homogeenseks lägaks. Arvestades Maa sisemuses täheldatud mitmesuguste elementide ilmumist, ei paista selline sündmus minevikus aset leidnud.
Seevastu väiksemate löökkatsekehade seeria põhjustaks plahvatuse, vabastades prügi ja gaasi. Neist suurim löökkatsekeha on piisavalt jõuline, et kogu gaas välja paiskuda atmosfäärist vahetult löögivööndi kohal. Vaid murdosa atmosfäärist kaoks väiksemate löökide tagajärjel, kuid meeskonna hinnangul oleks kümned tuhanded väikesed löökkatsekehad selle ära tõmmanud.
Selline stsenaarium leidis aset tõenäoliselt 4,5 miljardit aastat tagasi Hadeoni aja jooksul. See periood oli üks galaktilistest kaosest, kuna päikesesüsteemi ümber tiirlesid sajad tuhanded kosmosekivimid ja arvatakse, et paljud põrkasid Maaga kokku.
"Kindlasti olid meil siis kõik need väiksemad löökkatsekehad olemas," ütleb Schlichting. "Ühest väikesest löögist ei saa vabaneda enamikust õhustikust, kuid üheskoos on need palju tõhusamad kui hiiglaslikud mõjud ja võivad kogu Maa atmosfääri hõlpsalt väljutada."
Kuid Schlichting ja tema meeskond mõistsid, et väikeste löökide summaarne mõju võib olla atmosfääri kaotuse vähendamisel liiga tõhus. Teised teadlased on mõõtnud Maa atmosfääri koostist võrreldes Veenuse ja Marsi omaga; ja võrreldes Veenusega on Maa väärisgaasid ammendunud 100 korda. Kui need planeedid oleksid oma varases ajaloos kokku puutunud sama väikeste löökkatsekehadega, siis pole Veenusel täna atmosfääri.
Ta ja ta kolleegid läksid tagasi väikese löökkatsekeha stsenaariumi juurde, et proovida arvestada seda erinevust planeedi atmosfääris. Edasiste arvutuste põhjal tuvastas meeskond huvitava efekti: Kui pool planeedi atmosfääri on kadunud, on väikestel löökkatsekehadel ülejäänud gaasi väljutamine palju lihtsam.
Teadlaste arvutuste kohaselt peaks Veenuse atmosfäär algama vaid pisut massiivsem kui Maa oma, et väikesed löökkatsekehad hävitaksid Maa atmosfääri esimese poole, hoides Veenuse puutumata. Sellest hetkest alates kirjeldab Schlichting seda nähtust kui "kulgevat protsessi - kui teil õnnestub esimesest poolest lahti saada, on teine pool veelgi lihtsam".
See tekitas veel ühe olulise küsimuse: mis lõpuks asendas Maa atmosfääri? Täiendavate arvutuste käigus leidsid Schlichting ja tema meeskond samad löökkatsekehad, mis gaasi väljutasid, võib olla sisse viinud uusi gaase või lenduvaid aineid.
"Kui löök toimub, sulab see tasapinnalise õhu ja selle lenduvad osakesed võivad atmosfääri sattuda," ütleb Schlichting. "Nad mitte ainult ei kahanda, vaid täiendavad osa atmosfääri."
Rühm arvutas välja lenduvate ainete koguse, mida antud koostise ja massiga kivim võib eraldada, ja leidis, et märkimisväärne osa atmosfäärist võib olla täienenud kümnete tuhandete kosmosekivimite mõjul.
"Meie numbrid on realistlikud, arvestades seda, mida me teame erinevate kivide lenduva sisu kohta," märgib Schlichting.
Purdue ülikooli maa-, atmosfääri- ja planeediteaduste professori Jay Meloshi sõnul on Schlichtingi järeldus üllatav, kuna enamiku teadlaste arvates on Maa atmosfääri kustutanud üksainus hiiglaslik mõju. Tema sõnul tuginevad muud teooriad tugevale päikese ultraviolettkiirguse voogudele ja ka "ebatavaliselt aktiivsele päikesetuulele".
“See, kuidas Maa oma ürgse atmosfääri kaotas, on olnud pikaajaline probleem ja see paber on selle mõistatuse lahendamise suunas pikk tee,” ütleb Melosh, kes ei panustanud uurimistöösse. "Elu algas Maal umbes sel ajal ja nii vastab atmosfääri kadumise küsimusele vastamine meile, mis võis elu alguse saada."
Edaspidi loodab Schlichting lähemalt uurida Maa varajase kujunemise aluseks olevaid tingimusi, sealhulgas koosmõju väikeste löökkatsekehade lenduvate lenduvate ainete ja Maa iidse magma ookeani vahel.
"Tahame ühendada need geofüüsikalised protsessid, et teha kindlaks, milline oli atmosfääri kõige tõenäolisem koostis nullhetkel, kui Maa just moodustas, ja loodetavasti tuvastada tingimused elu arenguks," ütleb Schlichting.
Schlichting ja tema kolleegid on avaldanud oma tulemused ajakirja Icarus veebruari väljaandes.
