Kosmischer Staub auf der Erde zeigt Hinweise auf antike Atmosphäre


Der älteste Platz Staub noch auf Erde legt nahe, dass die historische Atmosphäre der Erde deutlich mehr Sauerstoff als bisher angenommen hatte, findet eine neue Studie.

Obwohl Sauerstoffgas derzeit etwa ein Fünftel der Erdoberfläche Luft macht, sagen gab es mindestens 100.000 Mal weniger Sauerstoff in der ursprünglichen Atmosphäre, Forscher. Sauerstoff reagiert leicht mit anderen Molekülen, das heißt, es wird leicht an andere Elemente gebunden und zog aus der Atmosphäre.

Bisherige Untersuchungen zeigen, dass erhebliches Maß an Sauerstoffgas baute sich dauerhaft in der Atmosphäre mit dem Großereignis der Oxidation, vor etwa 2,4 Milliarden Jahren. Diese Veranstaltung war sehr wahrscheinlich verursacht durch Cyanobakterien – Mikroben, die wie Pflanzen, Photosynthese und setzen Sauerstoff frei. [Infografik: Erde Atmosphäre von oben nach unten]

Die meisten Erkenntnisse über wie viel Sauerstoff in der Erde Luft gab es in der Vergangenheit betrafen die untere Atmosphäre. Bis jetzt hatten Wissenschaftler keine Möglichkeit zum Beispiel Sauerstoff-Niveaus im alten oberen Erdatmosphäre.

In einer neuen Studie, Wissenschaftler analysieren winzige Meteoriten gefunden, am Oberlauf der frühen Erdatmosphäre nicht gewesen sein sauerstoffarmen als einmal gedacht. Stattdessen sagte die alten oberen Erdatmosphäre fast die gleiche Menge an Sauerstoff besessen haben können wie heute, der Forscher.

"Mit diesem Projekt, die wir erschlossen haben, eine neue Art der alten Erdatmosphäre zu untersuchen", sagte Studienautor Blei Andrew Tomkins, Geowissenschaftler an der Monash University in Melbourne, Australien.

Platz Staub

Die Forscher analysierten 60 mikroskopisch kleine Meteoriten aus Proben von alten Kalkstein in der Pilbara-Region in Western Australia gesammelt. Diese kosmischen Staubpartikel sind 2,7 Milliarden Jahre alt, die älteste noch gefunden.

"Wir nicht mir sicher, dass das Projekt zur Arbeit zu gehen", sagte Tomkins Leben Wissenschaft. "Das Projekt begann als eine Studienarbeit, und es war ein bisschen ein Risiko zu versuchen und Mikrometeoriten zu finden, wenn nur wenige andere Menschen es vorher versucht hatte. Ich hatte einige backup-Pläne, aber die zusätzliche Spannung für eine Menge Aufregung gemacht, als wir unsere ersten Mikrometeoriten festgestellt."

Die Mikrometeoriten reichten von zwei bis 12-Mal dünner als die Breite eines durchschnittlichen menschlichen Haares. Sie sind kosmische Kügelchen – Reste der Meteoriten die Größe der Sandkörner, die bei atmosphärischen Eintrag auseinander brach. Die bisherige Forschung vorgeschlagen, dass diese Art von Teilchen in einer Höhe von etwa 45 bis 55 Meilen (75 bis 90 Kilometer) schmelzen.

Die Wissenschaftler analysierten die Mikrometeoriten mit Elektronenmikroskopen und hochenergetische Röntgenstrahlen von der australischen Synchrotron. Sie fanden heraus, dass ein erheblicher Teil des Eisens in diesen Meteoriten mit Sauerstoff zur Form Eisenoxid Mineralien,, was darauf hindeutet reagiert hatten, dass die dünne obere Atmosphäre, in denen sie geschmolzen, reicher an Sauerstoff als gedacht war.

"Sobald wir die ersten Mikrometeoriten erholt, ich erkannte, dass die Mineralien in ihnen sagten uns, dass sie in der oberen Atmosphäre oxidiert worden war", sagte Tomkins. "Das waren im Wesentlichen die ersten Exemplare der alten oberen unserer Erdatmosphäre." [Stars gefallen: eine Galerie der berühmten Meteoriten]

Dieser Befund war unerwartet, "weil es zweifelsfrei erwiesen ist, dass der unteren Erdatmosphäre sehr arm an Sauerstoff 2,7 Milliarden Jahren war," Studie Co-Autor Matthew Genge, Professor in der Abteilung für Geowissenschaften & Ingenieurwissenschaften am Imperial College London, sagte in einer Erklärung. "Wie die obere Atmosphäre so viel Sauerstoff vor dem Erscheinen des photosynthetischen Organismen enthalten könnte, war ein echtes Rätsel."

Was hätte passieren können?

Einen möglichen Ursprung dieser Sauerstoff ist, dass Sonnenlicht auseinander Wasserdampf in der unteren Atmosphäre in Wasserstoff und Sauerstoff brach – der Sauerstoff konnte in die obere Atmosphäre, gestiegen, während der leichtere Wasserstoff ins Weltall Erdatmosphäre entgangen wäre. Eine andere Möglichkeit ist, dass Sonnenlicht auseinander Schwefeldioxid-Gas emittiert von Vulkanen in Schwefel und Sauerstoff brach – der Schwefel zu Form-Partikel, die auf die Erde, so dass Sauerstoff hinter, fiel verdichtet haben könnte, sagte der Forscher.

"Vorsicht – es ist wichtig zu verstehen, dass die Dichte der Atmosphäre in der sehr großen Höhen gesampelt von Mikrometeoriten extrem dünn," sagte Tomkins. "Wir sprechen nicht über das generieren große Mengen an Sauerstoff hier aber eher erhöhte Anteile von Sauerstoff im Vergleich zu den anderen Gasen."

Es bleibt ungewiss, wie die alten Hochatmosphäre sauerstoffreiche hätte während die antike Atmosphäre sauerstoffarmen blieb. Die Forscher vermuten, dass eine Methan-Dunst-Schicht zwischen der oberen und unteren Atmosphäre, Verringerung der Vermischung zwischen ihnen bestanden haben.

"Methan wird gedacht, durch frühe Einzeller genannt Methanogens produziert worden sein. Diese auch heute vorhanden,"sagte Tomkins. "Gab es eine Menge Diskussionen darüber, wie viel Methan könnte es gewesen, und wenn es vielleicht zunächst entstanden." Der allgemeine Gedanke ist, dass das Methan, kombiniert mit Kohlendioxid, eine organische Dunst erstellt haben kann, wenn die Bedingungen Recht waren."

Der nächste Schritt "zu versuchen und Extrahieren von Mikrometeoriten aus Felsen verschiedenster Altersstufen, zu prüfen, wie die Chemie der oberen Erdatmosphäre über sehr lange Zeiträume der geologischen Zeit verändert haben könnte", sagte Tomkins. "Es sollte möglich Mikrometeoriten zu verwenden, um Änderungen in der Zusammensetzung der Atmosphäre in sehr große Zeiträume zu untersuchen sein."

"Es auch möglich, Mikrometeoriten auf dem Mars zu finden sein sollte," hinzugefügt Tomkins. "Wenn die Rover sie finden, und irgendwie, ihre atmosphärische Eintrittsalter feststellen, sie ließe sich Änderungen in der Mars Atmosphäre zu untersuchen."

Die Wissenschaftler detailliert ihre Ergebnisse in der 12 Mai-Ausgabe der Zeitschrift Nature.

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