4.5 milyar yıl önce Hadean Eon sırasında dünya bugün olduğundan çok daha farklı bir yerdi. Bu süre zarfında gaz çıkışı ve volkanik aktivite, karbondioksit, hidrojen ve su buharından oluşan primordial atmosferi üretti.
Bu ilkel atmosferin çok azı kalmıştır ve jeotermal kanıtlar, Dünya atmosferinin 4 milyar yıldan uzun bir süre önce oluşmasından bu yana en az iki kez tamamen yok edilmiş olabileceğini göstermektedir. Yakın zamana kadar, bilim adamları bu kayba neyin sebep olabileceğinden emin değildi.
Ancak MIT, İbranice Üniversitesi ve Caltech tarafından yapılan yeni bir çalışma, bu dönemde göktaşlarının yoğun bombardımanının sorumlu olabileceğini gösteriyor.
Bu meteorik bombardıman, Ay'ın kurulduğu sırada gerçekleşecekti. Uzay kayalarının yoğun bombardımanı, atmosferi uzaya fırlatmak için yeterli güçle gaz bulutlarını fırlatacaktı. Bu tür etkiler diğer gezegenleri de patlatmış olabilir ve hatta Venüs ve Mars'ın atmosferini temizleyebilir.
Aslında, araştırmacılar, küçük gezegenlerin atmosferik kaybı tetiklerken Dünya ile çarpışmasının Ay'ı oluşturduğuna inanılan Theia gibi büyük çarpmalardan çok daha etkili olabileceğini buldular. Hesaplamalarına dayanarak, atmosferin çoğunu dağıtmak dev bir etki yaratacaktır; ancak birlikte ele alındığında, birçok küçük etki aynı etkiye sahip olacaktır.
MIT’in Dünya Bölümü, Atmosferik ve Gezegen Bilimleri bölümünde yardımcı doçent olan Hilke Schlichting, Dünya’nın antik atmosferinin sürücülerinin anlaşılmasının bilim insanlarının yaşamı şekillendirmeye teşvik eden erken gezegen koşullarını belirlemelerine yardımcı olabileceğini söylüyor.
Schlichting, “[Bu bulgu] erken Dünya'nın atmosferinin büyük olasılıkla neye benzediği için çok farklı bir başlangıç koşulu oluşturuyor” diyor. “Bize atmosferin bileşiminin ne olduğunu ve yaşamı geliştirmenin koşullarının neler olduğunu anlamaya çalışmak için yeni bir başlangıç noktası veriyor.”
Dahası, grup dev, Mars büyüklüğünde ve daha büyük gövdelerle ve 25 kilometre veya daha küçük ölçülerde daha küçük çarpma tertibatlarıyla yapılan etkilerin ardından ne kadar atmosferin korunduğunu ve kaybedildiğini inceledi.
Buldukları şey, Mars kadar büyük bir çarpma tertibatına sahip bir çarpışmanın, Dünya'nın içinden büyük bir şok dalgası üretmenin ve potansiyel olarak gezegenin atmosferinin önemli bir kısmını çıkarmasının gerekli etkisine sahip olacağıydı.
Bununla birlikte, araştırmacılar, Dünya'nın iç kısmını homojen bir bulamaç haline getireceği için böyle bir etkinin oluşmadığını belirlediler. Dünya'nın iç kısmında gözlenen çeşitli unsurların görünümü göz önüne alındığında, böyle bir olay geçmişte gerçekleşmiş gibi görünmüyor.
Buna karşılık, bir dizi küçük çarpma tertibatı, bir tür patlama ve gaz birikintisi açığa çıkaracak şekilde bir patlama meydana getirecektir. Bu çarpma tertibatlarının en büyüğü, atmosferden çarpma bölgesinin hemen üzerindeki tüm gazı dışarı atmak için yeterince güçlü olacaktır. Küçük atmosferin ardından bu atmosferin sadece bir kısmı kaybolacaktı, ancak ekip on binlerce küçük çarpma tertibatının bunu başarabileceğini tahmin ediyor.
Böyle bir senaryo muhtemelen 4.5 milyar yıl önce Hadean Eon sırasında meydana geldi. Güneş sisteminin etrafında yüz binlerce uzay kayası dönen ve birçoğunun Dünya ile çarpıştığına inanıldığı için bu dönem galaktik kaostan biriydi.
Schlichting, “Elbette, o zamanlar bu küçük çarpma tertibatlarına sahibiz” diyor. “Küçük bir etki atmosferin çoğundan kurtulamaz, ancak toplu olarak dev etkilerden çok daha verimlidir ve tüm Dünya'nın atmosferini kolayca çıkarabilir.”
Bununla birlikte, Schlichting ve ekibi, küçük etkilerin toplam etkisinin atmosferik kaybın giderilmesinde çok etkili olabileceğini fark ettiler. Diğer bilim adamları Venüs ve Mars'a kıyasla Dünya'nın atmosferik kompozisyonunu ölçtüler; Venüs'le karşılaştırıldığında, Dünya’nın asil gazları 100 kat azaldı. Bu gezegenler erken tarihlerinde aynı küçük çarpma etkilerine maruz kalsaydı, Venüs'ün bugün atmosferi olmazdı.
O ve meslektaşları, gezegensel atmosferlerdeki bu farkı açıklamaya çalışmak için küçük çarpışma senaryosuna geri döndüler. Diğer hesaplamalara dayanarak, takım ilginç bir etki belirledi: Bir gezegenin atmosferinin yarısı kaybolduğunda, küçük çarpma tertibatlarının gazın geri kalanını atması çok daha kolay hale geliyor.
Araştırmacılar, Venüs'ün atmosferinin, Dünya'nın atmosferinin ilk yarısını aşındırırken, Venüs'ün bozulmadan kalması için Dünya'nınkinden biraz daha büyük bir başlangıç yapması gerektiğini hesapladılar. Bu noktadan itibaren Schlichting, fenomeni “kaçak bir süreç olarak tanımlamaktadır - ilk yarıdan kurtulmayı başardığınızda, ikinci yarı daha da kolaydır.”
Bu başka bir önemli soruyu doğurdu: Sonunda Dünya atmosferinin yerini ne aldı? Daha sonraki hesaplamalar üzerine Schlichting ve ekibi, gazı dışarı atan aynı çarpma maddelerini yeni gazlar veya uçucular da getirmiş olabilir.
Schlichting, “Bir etki meydana geldiğinde, gezegeni erir ve uçucuları atmosfere girebilir” diyor. “Onlar sadece tükenmekle kalmaz, aynı zamanda atmosferin bir kısmını da yenileyebilirler.”
Grup, belirli bir kompozisyon ve kütlenin bir kayası tarafından salınabilecek uçucuların miktarını hesapladı ve atmosferin önemli bir bölümünün on binlerce uzay kayasının etkisi ile yenilenebileceğini buldu.
Schlichting, “Rakamlarımız, sahip olduğumuz farklı kayaların uçucu içeriği hakkında bildiklerimiz düşünüldüğünde gerçekçi” diyor.
Purdue Üniversitesi'nde dünya, atmosfer ve gezegen bilimleri profesörü olan Jay Melosh, çoğu bilim insanının Dünya atmosferinin tek, dev bir etkiyle yok edildiğini varsaydığı için Schlichting'in sonucunun şaşırtıcı bir sonuç olduğunu söylüyor. Diğer teoriler, güneşten gelen güçlü bir ultraviyole radyasyon akısının yanı sıra “alışılmadık derecede aktif bir güneş rüzgarı” nı çağırıyor.
Araştırmaya katkıda bulunmayan Melosh, “Dünyanın ilkel atmosferini nasıl kaybettiği uzun zamandır devam eden bir problemdi ve bu çalışma bu gizemi çözme yolunda uzun bir yol kat ediyor” diyor. “Bu sefer Dünya'da yaşam başladı ve bu yüzden atmosferin nasıl kaybolduğu sorusuna cevap vermek bize yaşamın kökenini neyin başlatabileceğini anlatıyor.”
İleride, Schlichting, küçük çarpmalardan ve Dünya'nın antik magma okyanusundan gelen uçucu maddelerin serbest bırakılması arasındaki etkileşim de dahil olmak üzere, Dünya'nın erken oluşumunun altında yatan koşulları daha yakından incelemeyi umuyor.
Schlichting, “Bu jeofizik süreçleri, Dünya'nın yeni oluştuğu zaman sıfır atmosferin en olası bileşimini belirlemek ve umarım hayatın evrimi için koşulları belirlemek istiyoruz” diyor.
Schlichting ve meslektaşları sonuçlarını Icarus dergisinin Şubat sayısında yayınladılar.
