27億年前に地球に漂った古代の宇宙塵の小片は、科学者たちに若い惑星の上層大気の化学構造を初めて垣間見させています。
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この研究は、地球の古代上層大気が今日とほぼ同じ量の酸素を含んでおり、約20パーセントであることを示唆しています。 それは科学者が想定したものに直面して飛ぶ：初期地球の下層大気は酸素が少ないので、研究者は上層大気にも同様にガスがないと考えた。
科学者たちは、今週号のジャーナルNatureで詳述されている発見は、大気の進化を深い時間で調査するための新しい道を開き、地球の大気が現在の状態にどのように進化したかについて新たな洞察を提供すると言います。
「進化する大気は、巨大な鉱物資源の形成に関与する広範囲の地質学的プロセスの化学を変化させました」と、オーストラリアのメルボルンにあるモナッシュ大学の研究主任アンドリュー・トムキンスは言います。 -水圏と地圏の相互作用とそれらが時間とともにどのように変化したか」と彼は説明する。
研究に使用されたスペースダスト、または「微小met石」は、西オーストラリアのピルバラ地域からの古代の石灰岩サンプルから回収されました。 宇宙の小球は、約50〜60マイルの高度で地球の大気に入った後、融解しました。
「人々は以前に岩石に微小met石を発見したことがありますが、大気化学を研究するためにそれらを使用することを考えた人はいませんでした」とトムキンズは言います。
古代の大気の中で、小さな物体が溶けて高く再形成されると、それらは周囲の酸素と反応し、変形しました。 研究者は、これらの古代の微小into石を覗き込んで、大気中を旅行中にどのような化学変化を経験したかを見ることができました。
科学者が微小met石を発見した西オーストラリアのピルバラ地域（SimonKr doo / iStock） トムキンスと彼の同僚は、顕微鏡の助けを借りて、微小met石がかつて酸素にさらされた後に酸化鉄鉱物に変わった金属鉄の粒子だったことを発見しました。
科学者は、そのような化学変換が起こるためには、太古代（39〜25億年前）の地球上層大気中の酸素レベルが以前考えられていたよりもはるかに高かったに違いないと主張します。
インペリアルカレッジロンドンの宇宙塵の専門家である研究の共著者であるマシューゲンジが行った計算では、観測を説明するには上層大気の酸素濃度が約20％（現代レベルに近い）である必要があることが示唆されています。
「これらの微小met石を通して大気組成をテストする方法があるかもしれないことは本当にエキサイティングだと思います」と、ペンシルベニア州立大学の地球科学者で、研究に関与しなかったジム・カスティングは言います。
トムキンスと彼のチームは、彼らの新しい結果が、太古時代の地球の大気がかすんだ中間層によって分離された、太古の地球の大気が積み重なっているというカスティングや他の人たちによって提案されたアイデアをサポートできると思う。 その層は温室効果ガスのメタンで構成されていました。メタンは、「メタン生成菌」と呼ばれる初期のメタン生成生物によって大量に生成されていました。
メタンは紫外線を吸収し、熱を放出して、異なる大気層の垂直混合をブロックする暖かいゾーンを作成します。
このシナリオによると、光合成シアノバクテリアがメタンを追い払うのに十分な量の酸素を生成した24億年前の「大酸化イベント」まで、ヘイズ層は垂直混合を抑制していました。
「酸素とメタンは相性が悪いので、この酸素の上昇は、最終的にはメタンをシステムから反応させてしまうでしょう」とトムキンズは言います。 「メタンを除去すると、上層大気と下層大気のより効果的な混合が可能になります。」
しかし、トムキンズは、この仮説はまだテストする必要があると強調し、彼は、異なる組成の大気での垂直混合をシミュレートするコンピューターモデルを開発するために、Kastingと協力する予定です。
「私たちは、たった1つの時点で上層大気のサンプルを採取しました」とトムキンズは言います。 「次のステップは、広範囲の地質学的時間をカバーする岩石から微小met石を抽出し、上層大気の化学の広範な変化を調べることです。」
この研究の詳細とディープカーボン天文台で詳細をご覧ください。
