Japońscy badacze opracowali model symulujący wczesną atmosferę ziemską, ujawniając, w jaki sposób promieniowanie UV i węglowodory wpływają na powstawanie substancji organicznych. Odkryli, że przypomina starożytną Ziemię Wenus I Marsco skłania do pytań o wyjątkową ścieżkę życia na Ziemi.
Podróż ku odkrywaniu tajemnic odległych planet rozpoczyna się tutaj, na Ziemi. Naukowcy z Uniwersytetu Tohoku, Uniwersytetu Tokijskiego i Uniwersytet Hokkaido stworzyli model, który uwzględnia różnorodne reakcje chemiczne atmosfery, zapewniając wgląd w ewolucję atmosfery ziemskiej – i potencjalnie pierwsze ślady życia.
„Starożytna Ziemia w niczym nie przypominała naszego obecnego domu” – wyjaśnia Shungo Koyama (Uniwersytet Tohoku). „To było znacznie bardziej wrogie miejsce; bogate w metaliczne żelazo z atmosferą zawierającą wodór i metan.
Cząsteczki te zawierają ważną wskazówkę dotyczącą pierwotnego powstania życia. Pod wpływem słonecznego promieniowania ultrafioletowego (UV) ulegają reakcji chemicznej, w wyniku której powstają substancje organiczne (znane również jako „elementy budulcowe życia”). Część tych substancji organicznych była prekursorami niezbędnych biomolekuł, takich jak aminokwasy i kwasy nukleinowe.
Wyzwania w badaniu starożytnego promieniowania UV
Jednak zrozumienie roli promieniowania UV jest trudne. Po pierwsze, ten typ atmosfery jest niestabilny i prawdopodobnie podlega szybkim zmianom w wyniku zachodzących w atmosferze reakcji chemicznych.
Po drugie, gdy promieniowanie UV skutecznie rozkłada parę wodną w atmosferze i tworzy cząsteczki utleniające, nie określono dokładnego współczynnika rozgałęzień ani skali czasu. Aby rozwiązać te problemy, stworzono model fotochemiczny 1D, który pozwala na dokładne przewidywanie, jak dawno temu wyglądała atmosfera na Ziemi.
Kluczowe ustalenia: Utrata wodoru i ochrona przed promieniowaniem UV przez węglowodory
Obliczenia pokazują, że większość wodoru została utracona w przestrzeń kosmiczną, a węglowodory takie jak acetylen (wytwarzany z metanu) chroniły promieniowanie UV. To hamowanie promieniowania UV znacznie ograniczyło rozkład pary wodnej i późniejsze utlenianie metanu, zwiększając w ten sposób produkcję substancji organicznych.
Gdyby początkowa ilość metanu odpowiadała ilości węgla występującego na dzisiejszej powierzchni Ziemi, mogłyby powstać warstwy organiczne o grubości kilkuset metrów.
„Możliwe, że doszło do nagromadzenia substancji organicznych, w wyniku czego powstało coś w rodzaju wzbogaconej zupy zawierającej ważne elementy budulcowe. To mogło być źródło, z którego po raz pierwszy wyłoniły się żywe istoty na Ziemi. Proponuje Tatsuya Yoshida (Uniwersytet Tohoku).
Model sugeruje, że atmosfera na starożytnej Ziemi była uderzająco podobna do tej, którą obserwujemy na sąsiadujących planetach: Wenus i Marsie. Jednak pomimo ich bliskości, Ziemia przekształciła się w zupełnie inne środowisko. Naukowcy próbują zrozumieć, co czyni Ziemię tak wyjątkową.
Jako taki model ten pozwala nam pogłębić naszą wiedzę na temat tego, czy ewolucja atmosfery i pochodzenie życia na Ziemi są wyjątkowe, czy też mają wspólne wzorce z innymi układami planetarnymi.
Odniesienie: „Samoosłonowa, wzmocniona synteza substancji organicznych we wczesnej zredukowanej atmosferze ziemskiej”, autorzy: Tatsuya Yoshida, Shungo Koyama, Yuki Nakamura, Naoki Terada i Kiyoshi Kuramoto, 22 października 2024 r., Astrobiologia.
DOI: 10.1089/ast.2024.0048
