小惑星と彗星の衝突が大気の進化をどのように遅らせたか

サウスウエスト研究所が率いるチームは、最新の地質情報で惑星爆撃モデルを更新し、それらのモデルを適用して、25〜40億年前の始生代の地球の大気中の酸素レベルに影響を与えた方法を理解しました。 この芸術的な概念は、地球の酸素の少ない大気に浸透する大きな小惑星の存在を示しています。 クレジット：SwRI / Dan Durda、Simone Marchi

研究は、地球上の酸素の成長を停止させた衝突が以前に考えられていたよりも一般的であることを発見しました。

始生代として知られる25億年から40億年前の地球の天気は、小惑星の可能性がある曇りと表現されることがよくあります。

当時、小惑星や彗星が地球に衝突することは珍しくありませんでした。 実際、それらの中で最大のものは、幅6マイル以上で、惑星の初期の大気の化学的性質を変えました。 これらはすべて地質学者によって一般的に受け入れられていますが、よく理解されていないのは、これらの大きな小惑星が衝突する頻度と、衝撃による影響が大気、特に酸素レベルにどのように影響したかです。 研究者のチームは今、彼らにはいくつかの答えがあると考えています。

新しい研究では、ハーバード大学の地球惑星科学の助教授であるNadia Draponは、古代の小惑星の残骸を分析し、衝突の影響をモデル化して、ストライキが以前に考えられていたよりも頻繁に発生したことを示すチームの一員でした。惑星に酸素が蓄積し始めたときに遅れた可能性があります。 新しいモデルは、惑星が今日私たちが知っている地球に向かって進み始めたとき、科学者がより正確に理解するのに役立つ可能性があります。

「大気中の遊離酸素は、呼吸を利用してエネルギーを生成するすべての生物にとって重要です」とドラポン氏は述べています。 「大気中の酸素の蓄積がなければ、私たちはおそらく存在しなかったでしょう。」

サウスウエスト研究所が率いるチームは、惑星爆撃のモデルを更新して、ここに示すような大きな影響が、25〜40億年前の始生代の地球の大気中の酸素レベルにどのように影響したかを理解しました。 クレジット：SwRI / Simone Marchi

作品はで説明されています 自然地球科学 コロラド州ボールダーにあるサウスウエスト研究所の科学者、サイモン・マルキが率いました。

研究者たちは、現在の惑星爆撃モデルが、小惑星や彗星が地球と衝突する頻度を過小評価していることを発見しました。 新しい高い衝突率は、衝突が約1,500万年ごとに惑星を襲うことを示しており、現在のモデルの約10倍です。

科学者たちは、普通の岩のように見えるものの記録を分析した後、これに気づきました。 大きな小惑星や彗星が惑星に衝突するたびに激しい衝突で形成されたのは、実際にはインパクトボールとして知られる古代の証拠です。 その結果、衝突によるエネルギーが地殻内の岩石を溶かして蒸発させ、巨大なプルームを解き放ちました。 その雲の中の溶けた岩の小さな液滴が凝縮して固化し、砂の大きさの粒子の形で地面に落ちて、地球の地殻に落ち着きます。 これらの古代の痕跡は、通常1インチ程度以下の層を岩の中に形成するため、見つけるのが困難です。

「基本的には長い散歩をして、衝撃粒子がとても小さいので見つけることができるすべての岩を見てください」とドラポンは言いました。 「私は本当に簡単にそれらを逃しました。」

SwRIが主導する研究では、衝撃球と呼ばれる小さなガラス粒子に基づく爆撃モデルが更新されました。この粒子は、約24〜35億年の年齢で、地球の地殻内のいくつかの薄い別々の層を満たします。 この5センチメートル、26億年前のオーストラリアの標本に見られるような小球の層は、古代の衝突の兆候です。 クレジット：UCLA / ScottHaslerおよびOberlin / BruceSimonsonの厚意により提供

しかし、ドラポンのような科学者たちは休憩を取りました。 「過去2年間で、これまで認識されていなかった多くの追加の影響の証拠が見つかった」と彼女は述べた。

これらの新しい球状層は、初期の地球の間に既知の衝突イベントの総数を増やしました。 これにより、サウスウエスト研究所のチームは、衝突率が過小評価されていることを発見するために、砲撃モデルを更新することができました。

次に、研究者たちは、これらすべての影響が大気にどのように影響するかをモデル化しました。 本質的に、彼らは、6マイルを超えるサイズの物体による隕石衝突の累積的な影響が、大気からほとんどの酸素を吸収する酸素シンクを作成した可能性があることを発見しました。

結果は地質学的記録と一致しており、大気中の酸素レベルは変動したが、考古学の初期には比較的低いままであったことを示しています。 これは、約24億年前、砲撃が減速したこの期間の最後の終わりまで当てはまりました。 その後、地球は、大酸化イベントとして知られる酸素レベルの上昇によって引き起こされる表面化学の大きな変化を経験しました。

マーキー氏は声明のなかで、「時間の経過とともに、衝突の頻度は次第に少なくなり、小さすぎて、GOE後の酸素レベルを大幅に変えることができなくなった」と述べた。 「地球は現在の惑星になるための道を進んでいました。」

ドラポン氏によると、プロジェクトの次のステップには、岩石自体で何をモデル化できるかを確認するために、モデリング作業をテストすることが含まれます。

「実際に、大気から酸素がどのように吸収されたかを岩石の記録で追跡できますか？」 ドラプンは尋ねた。

参照：S.Marchi、N。Drapon、T。Schulz、L。Schaefer、D。Nesvorny、WF Bottke、C。Koeberl、T。Lyonsによる「地球上でのより高い衝突率による遅くて変動する大気酸化」、10月21 2021、 自然地球科学。
DOI：10.1038 / s41561-021-00835-9