在27亿年前的古地球,空气中二氧化碳占到三分之二以上?

2020-2-1 11:28 来源: 科学大事早知道

地球在27亿年前是什么样子?那时正是太古宙的末期,地球即将演变到下一个阶段。天空灰蒙蒙的,由于火山频繁爆发,空气中充满各种温室气体、有毒气体,但是氧气很匮乏,薄薄的地壳表面形成了大堆沉积物,也造就了如今丰富的矿产资源。而且那时的阳光已经能穿过大气到达海洋,海中的简单原核生物如蓝绿藻、细菌、衣原体逐渐站稳脚跟,开始为造氧而蓄势待发。

那么在那个时期,二氧化碳的浓度到底有多高,是不是和现在的火星一样呢?以前,科学家给出的范围是当今二氧化碳含量的10倍到1000倍,估算值差异较大,他们也一直试图缩小范围。比如近日,有研究人员通过分析一块澳大利亚的古老陨石,认定那时的二氧化碳在大气中占比达到70%以上。

这块陨石从天而降,穿透大气,降落在澳大利亚西北部一个叫Pilbara的地方。陨石主要由铁镍组成,它在降落过程中,与当时的大气摩擦,表层熔融,与大气中的氧原子发生反应,形成氧化铁。之后掉落海中,被海底的石灰石覆盖。

如今,科学家通过对它进行化学分析,可以计算当时大气的氧浓度,因为太古宙空气中氧气极其稀薄,含氧分子也大多是二氧化碳,所以就可以大致判断当时的二氧化碳含量。当然也有反对者指出,当时大气是分层的,对流和湍流运动不会像今天这么剧烈,所以部分高层空间会存在游离氧,并快速地与陨石进行化学反应。

为此,科学家在实验室模拟了一遍二氧化碳是如何氧化快速降落中的陨石,他们让差不多性质的岩石从不同方向、不同速度进入不同二氧化碳浓度的气体中。模拟结果表明,只有当二氧化碳浓度达到70%以上时,会产生氧化陨石。他们也同样用实验否定了高层大气富含氧气的说法。

研究小组称,这与对其他古老岩石的风化分析相吻合,太古宙的大气就是以二氧化碳为主。这也解释了为何当时的太阳还是年轻状态、比较昏暗、阳光不强的情况下,地球还存在着液态的海洋,因为大量的二氧化碳造成温室效应,使冰川期大大推迟。

研究者认为,对这块古老宇宙尘埃的分析,可以计算出在27亿年前,空气中二氧化碳的含量占到三分之二以上。也有人对这个模拟实验提出质疑,认为二氧化碳想要氧化铁陨石,必须在速度极快的情况下,这似乎不符合陨石的真实降落情况。

对太古宙的大气成分,普遍认为是充满二氧化碳、甲烷、氮气、硫化物,但是对具体浓度一直没有准确的说法,这个实验具有一定参考意义。一直以来,对古老陨石的研究,是科学家对太阳系演化、地球演化作分析的重要途径,因为我们不仅需要知道地球生命从何而来,也想对其他星球的演化进程做一定判断。

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