Jordens atmosfär för 2,7 miljarder år sedan var möjligen mer än två tredjedelar koldioxid. Upptäckten gjordes under en studie av hur den antika atmosfären samverkade med partiklar av kosmiskt damm som föll från himlen.
Den koldioxidrika atmosfären kan ha skapat en kraftfull växthuseffekt, föreslår forskarna. Detta kan ge ett svar på ett långvarigt mysterium som kallas "Faint Young Sun Paradox": hur haven kan förbli flytande på jorden när solen var cirka 30% mörkare än den är nu.
Uppskattningarna av koldioxidinnehållet i atmosfären för 2,5-4 miljarder år sedan varierar mycket. "Nuvarande uppskattningar spänner över tre storleksordningar: 10 till 1 000 gånger mer än de är nu", säger astrobiologen Owen Lehmer vid University of Washington i Seattle. Därför försökte forskare på något sätt att minska spridningen.
Svaret kom från 59 mikrometeoriter som hittades i 2,7 miljarder år gammal kalksten i Pilbara-regionen i nordvästra Australien. De beskrevs först i en studie 2016 och är fortfarande de äldsta meteoritfossilerna som någonsin hittats.
Små bitar av järn och nickel, inte bredare än ett mänskligt hår, svepte genom atmosfären på den forntida jorden och föll i havet, till havsbotten. Där sjönk de långsamt i kalksten.
Under deras korta flygning och på grund av deras delvis smälta tillstånd, kom mikrometeoriter in i en kemisk reaktion med jordens atmosfär. Atmosfärisk gas, vare sig det är syre eller koldioxid, oxiderar järn, fångar dess elektroner och omvandlar de ursprungliga mineralerna till nya.
Baserat på kemiska analyser av mer än ett dussin mikrometeoriter, visade en studie 2016 överraskande syre-rika övre lager i atmosfären. Det är, för 2,7 miljarder år sedan fanns det 20% syre, som på modern jord. Men resultaten från denna studie tillfredsställde inte många forskare, säger Lehmer:”Det är svårt att föreställa sig en atmosfär som denna. Alla atmosfärer som vi ser på planeter är väl blandade."
Därför genomförde Lehmer och hans kollegor en ny studie och kopplade oxidationen av meteoriter till koldioxid, inte syre. Båda gaserna kan vara oxidationsmedel, även om fritt syre reagerar mycket snabbare än syre bundet i CO2. För att testa hur väl koldioxid kan oxidera snabbrörande mikrometeoriter simulerade teamet ett fall i atmosfären på cirka 15 000 bitar kosmiskt damm i storlek från 2 till 500 mikron. Koncentrationen av koldioxid varierade från 2% till 85% av den totala volymen.
Kampanjvideo:
En atmosfär av minst 70% koldioxid kan oxidera mikrometeoriter. Denna slutsats överensstämmer med andra data som erhållits under analysen av forntida jordar.
En liknande sammansättning av atmosfären, och även med tillsats av metan, skulle kunna skapa en varm värld där haven inte kunde frysa, trots den kalla unga solen.
Kirill Panov