Pământul s-a format din discul protoplanetar al Soarelui în urmă cu aproximativ 4,6 miliarde de ani. La începuturi, planeta era un sferoid de materie topită și temperaturi infernale. În decursul timpului, ea s-a răcit și și-a format o scoarță solidă. În cele din urmă, atmosfera s-a răcit și s-au creat condițiile pentru apariția vieții.
Cum s-au întâmplat toate acestea? Atmosfera era bogată în carbon, iar tot acest carbon trebuia înlăturat înainte ca temperaturile să poată coborî și Pământul să devină locuibil.
Primele 500 de milioane de ani ale existenței Pământului sunt cunoscute sub numele de eonul Hadean. Numele provine de la Hades, zeul grec al Infernului.
Hadean este un nume potrivit pe bună dreptate. Chiar și după ce a început să se răcească și să se solidifice, Pământul era extrem de fierbinte. Atmosfera conținea de 100.000 de ori nivelul actual de carbon atmosferic. Pământul timpuriu era asemănător cu planeta Venus, unde o atmosferă groasă captează căldura și menține temperaturile ridicate. În Hadean, temperatura de la suprafața Pământului depășea 200 de grade Celsius.
Înainte ca Pământul să se poată răci, a trebuit să elimine mult carbon din atmosfera sa. Însă oamenilor de știință le-a fost dificil să pună cap la cap evenimentele de pe Pământul foarte tânăr, în primul rând datorită dovezilor geologice foarte puține.
Cu toate acestea, doi cercetători cred că au găsit o explicație pentru înlăturarea carbonului atmosferic, iar aceasta implică un tip de rocă inexistent astăzi. Articolul științific intitulat ”A wet heterogeneous mantle creates a habitable world in Hadean” a fost publicat în Nature și îi are ca autori pe Yoshinori Miyazaki de la Caltech și Jun Korenaga de la Universitatea Yale.
Hadeanul nu a fost numai misterios, ci și dinamic. Planeta a trecut prin numeroase schimbări în acei 600 de milioane de ani. Dovezile geologice arată că, la mijlocul Hadeanului, suprafața Pământului era similară cu cea din zilele noastre.
Au fost necesare câteva lucruri pentru ca Pământul să devină locuibil: formarea oceanelor, formarea plăcilor tectonice și îndepărtarea din atmosferă a gazelor cu efect de seră.
La începuturile sale, Pământul era o sferă de rocă topită și un ocean de magmă, nimic altceva. În această etapă, planeta se forma prin acreție, adică materia din spațiu era captată pentru a forma un obiect mare în decursul timpului. Pământul a avut nevoie de 70-100 de milioane de ani pentru a se forma. În această perioadă, asteroizii au bombardat planeta, generând căldură și menținând-o în stare topită.
Existența unui ocean magmatic este esențială pentru stadiile incipiente ale unei planete solide. Starea lichidă permite elementelor grele să se scufunde în nucleu și materialelor ușoare să ”plutească” deasupra. De aceea planetele precum Pământul prezintă nucleu, manta și scoarță bine diferențiate. Nucleul extern este încă în stare topită și astăzi, iar în lipsa acestuia, Pământul nu ar avea o magnetosferă care să-l protejeze și nici viață.
Atunci când oceanul de magmă s-a solidificat, el a eliberat în atmosferă cantități imense de gaze cu efect de seră. Drept urmare, atmosfera de la începuturile Pământului conținea cantități mari de dioxid de carbon și apă, ceea ce întreținea climatul extrem din acea perioadă.
Pentru ca climatul să devină mai moderat era nevoie ca lucrurile să se schimbe într-un ritm rapid, la scară geologică. Gazele cu efect de seră trebuiau înlăturate, iar singura modalitate de stocare era încorporarea acestora în roci. Ca parte a ciclului carbonului de pe Pământ, carbonul este depozitat în roci prin formarea mineralelor cu carbonat în bazinele oceanelor. De aici, carbonatul devine o parte a mantalei planetei.
Însă întrebarea care se pune este legată de timpul necesar. Dacă în urmă cu patru miliarde de ani climatul era moderat și asemănător cu cel de pe Pământul de astăzi, sechestrarea carbonului trebuie să fi fost extrem de eficientă. Cum s-a întâmplat acest lucru?
Un tip de rocă preistorică a jucat un rol important în transformarea Pământului într-o planetă locuibilă, potrivit lui Korenaga și Miyazaki. Cercetătorii au numit această rocă piroxenit cu conținut ridicat de magneziu și spun că ea nu mai există pe Pământul din zilele noastre. Însă modelul de îndepărtare rapidă a carbonului pe care l-au dezvoltat cercetătorii – bazat pe termodinamică, mecanica fluidelor și fizica atmosferei – arată că aceste roci trebuie să fi existat.
Mineralele cu magneziu prezintă o afinitate pentru dioxidul de carbon. Ele formează carbonați, care apoi sunt sechestrați în mantaua Pământului. Dacă ar fi existat suficienți piroxeniți cu conținut ridicat de magneziu, aceștia ar fi ajutat la îndepărtarea rapidă a carbonului din atmosferă.
Însă aceasta este doar o parte a explicației transformării rapide a atmosferei Pământului în timpul Hadeanului. Mineralele bogate în magneziu ar fi putut fi din belșug, dar trebuia să se mai întâmple și altceva. După cum a fost menționat mai sus, carbonul acumulat în atmosferă provenea din răcirea oceanului de magmă, proces care elibera în atmosferă cantități enorme de gaze cu efect de seră.
În eonul Hadean, Pământul avea o manta umedă. Mantaua este un strat de rocă cu o grosime de 3.000 km, iar o manta umedă conține o proporție mare de apă, care afectează convecția.
Mantaua Pământului conține mulți silicați, iar aceștia erau în stare topită în Hadean. Apa reduce punctul de topire al silicaților, ducând la menținerea mai multor silicați în stare topită. Drept urmare, în mantaua umedă fenomenul de convecție era mai pronunțat, ceea ce făcea ca la suprafață să ajungă mai multe minerale bogate în magneziu, unde putea interacționa cu carbonul. Ca rezultat, suprafața mantalei se reînnoia mai repede, aducând noi cantități de magneziu în contact cu carbonul. Astfel, carbonul a fost îndepărtat din atmosferă și stocat în manta.
Pentru ca acest proces să funcționeze, mantaua trebuia să fie heterogenă din punct de vedere chimic. Aceasta însemană că ea nu avea o compoziție uniformă, ci era constituită din compuși diverși și diferiți.
Dacă mantaua ar fi fost mai omogenă, atmosfera nu s-ar mai fi răcit la fel de repede, deoarece o manta mai omogenă nu ar fi dezvoltat același timp de înveliș litosferic, care să promoveze o rapidă mișcare a plăcilor tectonice. O manta omogenă ar fi dezvoltat un înveliș litosferic mai gros, care ar fi încetinit mișcările tectonice și, implict, sechestrarea carbonului.
Un al treilea lucru care trebuia să se întâmple pentru ca Pământul să devină locuibil este formarea oceanelor.
Modelul dezvoltat de cercetători ia în considerare și acest aspect. O manta heterogenă prezintă un fenomen de convecție mai accentuat, care expune în fața atmosferei mai multe roci bogate în magneziu. Acest fapt înlătură gazele cu efect de seră din atmosferă, răcind planeta până la temperaturile din zilele noastre.
Însă un fenomen de convecție mai pronunțat duce la eliberarea mai mult compuși volatili în atmosferă. Temperatura era suficient de ridicată pentru ca apa să se evapore, însă presiunea era și ea ridicată. ”Temperatura de la suprafață depășea 100ºC, din cauza efectul de seră, însă apa în stare lichidă era stabilizată de presiunea atmosferică ridicată”, spun cercetătorii.
Un alt rezultat fascinant este acela că modelul realizat de cercetători nu numai că arată cum atmosfera s-a răcit și a devenit propice vieții mai repede, ci și că aceste roci bogate în magneziu au creat mai multe chimicale necesare vieții biologice. Rocile reacționau cu apa de mare pentru a genera un flux consistent de hidrogen, care este considerat esențial pentru formarea biomoleculelor.
Sursa: Universe Today.