במהלך איון הדאן, לפני כ -4.5 מיליארד שנה, העולם היה מקום שונה בהרבה מכפי שהוא כיום. זה היה גם בתקופה זו שפעילות גיזוז וגעש ייצרה את האווירה הקדומה המורכבת מפחמן דו חמצני, מימן ואדי מים.
מעט מהאטמוספירה הקדומה הזו נותרה, וראיות גיאותרמיות מצביעות על כך שהאווירה של כדור הארץ אולי הושמדה לפחות לפחות פעמיים מאז היווסדה לפני יותר מארבעה מיליארד שנה. עד לאחרונה המדענים לא היו בטוחים מה יכול היה לגרום לאובדן זה.
אולם מחקר חדש שנערך על ידי MIT, אוניברסיטת העברית וקלטק מצביע על כך שההפגזה העזה של מטאוריטים בתקופה זו אולי הייתה אחראית.
הפגזה מטאורית זו הייתה מתרחשת בערך באותה תקופה בה נוצר הירח. ההפצצה האינטנסיבית של סלעי חלל הייתה מעלה ענני גז בכוח מספיק בכדי להפיץ את האווירה לחלל באופן קבוע. השפעות כאלה אולי פוצצו פלנטות אחרות ואף קילפו את האטמוספרות של ונוס ומאדים.
למעשה, החוקרים גילו כי פלנטימסלים קטנים עשויים להיות יעילים הרבה יותר מאשר משפיעים גדולים - כמו תיאיה, שעל פי ההערכה שהתנגשותם עם כדור הארץ יצרה את הירח - בהנעה לאובדן אטמוספרי. על סמך חישוביהם, יידרש השפעה ענקית לפיזור מרבית האווירה; אך יחד יחד, השפעות קטנות רבות יש השפעה זהה.
הילקה שלסטיישן, עוזרת פרופסור במחלקה למדעי כדור הארץ, האטמוספירה והכוכבים של MIT, אומרת כי הבנת הנהגים של האווירה הקדומה של כדור הארץ עשויה לעזור למדענים לזהות את התנאים הפלנטריים המוקדמים שעודדו את התהוות החיים.
"[ממצא זה] מציב תנאי התחלתי מאוד שונה לאיך שהסביבה הייתה כנראה האטמוספרה של כדור הארץ הקדום", אומר שלנסטי. "זה נותן לנו נקודת התחלה חדשה לנסות להבין מה היה הרכב האווירה ומה היו התנאים להתפתחות החיים."
יתרה מזאת, הקבוצה בדקה כמה אווירה נשמרה ואבדה בעקבות פגיעות בגופים ענקיים, בגודל מאדים וגדולים יותר ועם מפגעים קטנים יותר בגודל 25 ק"מ ומטה.
מה שהם מצאו הוא שהתנגשות עם גורם מכה עצום כמו מאדים הייתה בעלת האפקט ההכרחי לייצר גל הלם אדיר דרך פנים כדור הארץ ובאופן פוטנציאלי להוציא חלק ניכר מהאווירה של כדור הארץ.
עם זאת, החוקרים קבעו כי סביר שלא הייתה לכך השפעה כזו, מכיוון שהיא הייתה הופכת את פנים כדור הארץ לשכבה הומוגנית. בהתחשב במראה של אלמנטים מגוונים שנצפו בפנים כדור הארץ, נראה כי אירוע כזה לא קרה בעבר.
לעומת זאת, סדרה של מפעילים קטנים יותר תביא לפיצוץ של סוגים, ותשחרר פלומה של פסולת וגז. הגדול מבין ההשפעות הללו יהיה מספיק כוח בכדי להפיץ את כל הגז מהאטמוספרה שמעל לאזור ההשפעה. רק שבריר מהאווירה הזו יאבד בעקבות השפעות קטנות יותר, אך הצוות מעריך כי עשרות אלפי משפיעים קטנים יכלו למשוך אותה.
תרחיש כזה התרחש ככל הנראה לפני 4.5 מיליארד שנה במהלך הדאון איון. תקופה זו הייתה אחת מתוהו ובוהו גלקטי, שכן מאות אלפי סלעי חלל הסתחררו סביב מערכת השמש ורבים האמינים כי הם התנגשו בכדור הארץ.
"מה שבטוח, היו לנו אז את כל ההשפעות הקטנות יותר האלה", אומר Schlichting. "השפעה קטנה אחת לא יכולה להיפטר מרוב האטמוספירה, אך באופן קולקטיבי, הם יעילים בהרבה מהשפעות ענק, ויכולים להוציא בקלות את כל האווירה של כדור הארץ."
עם זאת, שלסטציה וצוותה הבינו שההשפעה הכוללת של השפעות קטנות עשויה להיות יעילה מדי בכדי להוביל לאובדן האטמוספרי. מדענים אחרים מדדו את ההרכב האטמוספרי של כדור הארץ לעומת ונוס ומאדים; ובהשוואה לוונוס, גזי האצולה של כדור הארץ הולכו ומתרוקנים פי 100. אם כוכבי הלכת הללו היו נחשפים לאותו הבזק של משפיעים קטנים בהיסטוריה המוקדמת שלהם, אז לנוגה לא הייתה אווירה כיום.
היא ועמיתיה חזרו על התרחיש בעל השפעה קטנה כדי לנסות ולהסביר את ההבדל הזה באטמוספירה הפלנטרית. בהתבסס על חישובים נוספים, הצוות זיהה השפעה מעניינת: ברגע שאיבדה חצי אטמוספירה של כוכב לכת, הופך הרבה יותר קל עבור משפיעים קטנים להוציא את שארית הגז.
החוקרים חישבו כי האטמוספירה של ונוס רק תצטרך להתחיל מעט מסיבית יותר מכדור הארץ בכדי שהשפכים הקטנים ישחקו את המחצית הראשונה של האטמוספרה של כדור הארץ, תוך שמירה על שלמותה של ונוס. מאותו נקודה, שלסטייציה מתארת את התופעה כ"תהליך בורח - ברגע שאתה מצליח להיפטר מהמחצית הראשונה, המחצית השנייה היא אפילו קלה יותר. "
זה הוליד שאלה חשובה נוספת: מה החליף בסופו של דבר את האווירה של כדור הארץ? על פי חישובים נוספים, מצאו שלסטינג וצוותה את אותם השפעות שגורם גם פליטת גז שהביא גזים חדשים, או נדיפים.
"כאשר מתרחשת השפעה, הוא ממיס את הפלנטסימל, והנדיפים שלו יכולים להיכנס לאווירה", אומר שלסטיינג. "הם לא רק יכולים להתרוקן, אלא גם לחדש חלק מהאווירה."
הקבוצה חישבה את כמות הנדיפים שעשויה להשתחרר על ידי סלע בעל קומפוזיציה ומסה מסוימת, ומצאה כי יתכן שחלק ניכר מהאטמוספירה התחדש בעקבות השפעתם של עשרות אלפי סלעי חלל.
"המספרים שלנו הם מציאותיים, בהתחשב במה שאנחנו יודעים על התוכן ההפכפך של הסלעים השונים שיש לנו," מציין Schlichting.
ג'יי מלוש, פרופסור למדעי האדמה, האטמוספירה והפלנטה מאוניברסיטת פרדו, אומר כי מסקנתו של שלסטינג היא מפתיעה, מכיוון שרוב המדענים הניחו שהאווירה של כדור הארץ בוטלה על ידי השפעה ענקית אחת. תיאוריות אחרות, לדבריו, מעוררות שטף חזק של קרינה אולטרה סגולה מהשמש, כמו גם "רוח שמש פעילה באופן יוצא דופן."
"איך כדור הארץ איבד את האווירה הקדומה שלו הייתה בעיה ארוכת שנים, והמאמר הזה עובר דרך ארוכה לפתרון האניגמה הזו", אומר מלוש, שלא תרם למחקר. "החיים התחילו על כדור הארץ בערך הפעם, ולכן תשובה לשאלה כיצד אבדה האטמוספרה מספרת לנו על מה שעשוי היה לבעוט במוצא החיים."
בהמשך, מקווה שלסטיישן לבחון מקרוב את התנאים העומדים בבסיס היווצרותה המוקדמת של כדור הארץ, כולל יחסי הגומלין בין שחרורם של נדיפים מהשפעות קטנות ומאוקיאנום הקסום העתיק של כדור הארץ.
"אנו רוצים לחבר בין התהליכים הגיאופיזיים הללו כדי לקבוע מה היה ההרכב הסביר ביותר של האטמוספרה בזמן אפס, מתי כדור הארץ בדיוק התהווה, ובתקווה לזהות תנאים להתפתחות החיים", אומר שלשטיין.
Schlichting ועמיתיה פרסמו את תוצאותיהם במהדורת פברואר של כתב העת איקרוס.
