Auringon evoluution mallit osoittavat, että se oli jopa 30 prosenttia vähemmän valoisaa Maan varhaisessa historiassa kuin nyt. Uusi tutkimus ja katsaus Saturnin kuuhun Titaniin on johtanut vihjeitä siitä, kuinka aurinko olisi voinut pitää varhaisen maapallon tarpeeksi lämpimänä. Tutkijoiden mukaan paksu orgaaninen utu, joka valtasi aikaista Maata useita miljardia vuotta sitten, on saattanut olla samanlainen kuin sameus, joka peittää Titanin ja olisi suojannut planeetan kehittyvää elämää ultraviolettisäteilyn vahingollisilta vaikutuksilta samalla, kun lämmitti planeettaa.
Eric Wolf Colorado-Boulderin yliopistosta ja hänen tiiminsä uskovat, että orgaaninen sameus koostui pääasiassa metaanin ja typen kemiallisista sivutuotteista, jotka syntyivät reaktioilla valon kanssa. Jos hiukkaset rypistyvät yhteen suurempiin, monimutkaisiin rakenteisiin, fraktaalikokoisina jakautumiseksi tunnetulla järjestelyllä, pienimmät hiukkaset olisivat vuorovaikutuksessa lyhytaaltoisäteilyn kanssa, kun taas pienemmistä hiukkasista tehdyt suuret rakenteet vaikuttaisivat pidempiin aallonpituuksiin. Sen sijaan, että utu olisi suojannut aikaista Maata UV-valolta, se olisi antanut mahdolliseksi ammoniakin kaltaisten kaasujen muodostumisen, aiheuttaen kasvihuoneiden lämpenemistä ja ehkä ehkäistään planeetan jäätymistä.
Muut tutkijat, mukaan lukien Carl Sagan, ovat ehdottaneet mahdollisia ratkaisuja tähän ”Early Faint Sun” -paradoksiin, joka sisälsi yleensä ilmakehän voimakkaiden kasvihuonekaasujen kanssa, jotka olisivat voineet eristää maapallon. Mutta vaikka nuo kaasut olisivat estäneet säteilyn, se ei olisi lämmittänyt Maata tarpeeksi, jotta elämä voisi muodostua.
"Koska ilmastomallit osoittavat, että varhainen ilmakehän hiilidioksidi ei voinut lämmittää varhaista maata sen alhaisen pitoisuuden vuoksi, muiden kasvihuonekaasujen on oltava mukana", Wolf sanoi. "Mielestämme loogisin selitys on metaani, joka on ehkä pumpattu ilmakehään varhaisen elämän aikana, joka sitä metaboloi."
Lab-simulaatiot auttoivat tutkijoita päättämään, että maapallon sameus todennäköisesti koostui epäsäännöllisistä "ketjuista" aggregaattipartikkeleista, joiden geometrinen koko oli suurempi, samanlainen kuin niiden aerosolien muodossa, joiden uskotaan asuttavan Titanin paksua ilmakehää. Cassini-avaruusaluksen saapuminen Saturnukseen vuonna 2004 antoi tutkijoille mahdollisuuden tutkia Titania, joka on aurinkokunnan ainoa kuu, jonka pinnalla on sekä tiheä ilmapiiri että neste.
Arkean ajanjaksolla maapallon ilmakehässä ei ollut otsonikerrosta, joka suojelisi planeetan elämää, Wolf sanoi. ”UV-suojaava metaanin sameus varhaisessa maapallossa, jota ehdotamme, ei vain olisi suojannut maan pintaa, vaan se olisi suojannut myös sen alla olevat ilmakehän kaasut - mukaan lukien voimakas kasvihuonekaasu, ammoniakki - joilla olisi ollut merkittävä rooli varhaisen maan pitämisessä lämmetä."
Tutkijoiden arvioiden mukaan aikaisessa maapallon ilmakehässä tuotettiin noin 100 miljoonaa tonnia utua vuosittain aikaisen Maan ilmakehässä tänä aikana. "Jos näin olisi, varhainen maapallon ilmapiiri olisi kirjaimellisesti tiputtanut orgaanista materiaalia valtameriin, tarjonnut mannaa taivaasta varhaisimpaan elämään itsensä ylläpitämiseksi", sanoi ryhmän jäsen Brian Toon, myös CU-Boulderista.
"Metaani on avain tämän ilmastomallin toteuttamiseen, joten yksi tavoitteistamme on nyt selvittää mistä ja miten se syntyi", Toon sanoi. Jos maan varhaisimmat organismit eivät tuottaneet metaania, se on voinut syntyä vapauttamalla kaasuja tulivuorenpurkauksen aikana joko ennen tai jälkeen elämän syntymisen - hypoteesi, joka vaatii lisätutkimuksia.
Tämä uusi tutkimus herättää todennäköisesti uudelleen kiinnostuksen tutkijoiden Stanley Millerin ja Harold Ureyn kiistanalaisesta kokeilusta 1950-luvulla, jolloin metaani, ammoniakki, typpi ja vesi yhdistettiin koeputkeen. Kun Miller ja Urey ajoivat sähkövirran seoksen läpi simuloidakseen salaman tai voimakkaan UV-säteilyn vaikutuksia, tuloksena oli pieni aminohappovalikoima - elämän rakennuspalikat.
"Meillä on vielä paljon tutkimusta tehdäksemme uudelleentarkastelua varhaisesta maapallosta", Wolf sanoi. "Mutta uskomme, että tämä artikkeli ratkaisee useita ongelmia, jotka liittyvät varhaiseen maapallon yläpuolella esiintyneeseen utuun ja todennäköisesti vaikuttaneet rooliin planeetan varhaisimman elämän käynnistämisessä tai ainakin tukemisessa."
Lähteet: CU-Boulder, Tiede
