Hoe botsingen van asteroïden en kometen de evolutie van de atmosfeer vertraagden

Uit de studie bleek dat botsingen die de groei van zuurstof op de planeet stopten, vaker voorkomen dan eerder werd gedacht.

Tussen 2,5 en 4 miljard jaar geleden, een tijd die bekend staat als de Archeïsche eon, kan het weer op aarde vaak worden omschreven als bewolkt met de mogelijkheid van een asteroïde.

In die tijd was het niet ongebruikelijk dat asteroïden of kometen de aarde raakten. In feite veranderde de grootste van hen, meer dan zes mijl breed, de chemie van de vroege atmosfeer van de planeet. Hoewel dit alles door geologen algemeen is aanvaard, is wat niet goed wordt begrepen hoe vaak deze grote asteroïden zullen botsen en hoe de effecten van de inslagen de atmosfeer hebben beïnvloed, met name het zuurstofgehalte. Een team van onderzoekers denkt nu een aantal antwoorden te hebben.

In een nieuwe studie maakte Nadia Drapon, een assistent-professor Earth and Planetary Sciences aan de Harvard University, deel uit van een team dat overblijfselen van oude asteroïden analyseerde en de effecten van hun botsingen modelleerde om aan te tonen dat de stakingen vaker voorkwamen dan eerder werd gedacht, en kan zijn vertraagd toen zuurstof zich begon op te bouwen op de planeet. Nieuwe modellen kunnen wetenschappers helpen om nauwkeuriger te begrijpen wanneer de planeet zijn weg begon naar de aarde die we vandaag kennen.

“Vrije zuurstof in de atmosfeer is van cruciaal belang voor elk organisme dat ademhaling gebruikt om energie te produceren,” zei Drapon. “Als het niet voor de opbouw van zuurstof in de atmosfeer was, zouden we waarschijnlijk niet bestaan.”

Een team onder leiding van het Southwest Research Institute heeft modellen van planetaire bombardementen geüpdatet om te begrijpen hoe grote inslagen, zoals de hier getoonde, het zuurstofgehalte in de atmosfeer van de aarde beïnvloedden in de Archaïsche periode, 2,5 tot 4 miljard jaar geleden. Krediet: SwRI / Simone Marchi

Het werk wordt beschreven in natuurlijke aardwetenschappen Het werd geleid door Simon Marchi, een wetenschapper aan het Southwest Research Institute in Boulder, Colorado.

De onderzoekers ontdekten dat de huidige modellen voor planetaire bombardementen onderschatten hoe vaak asteroïden en kometen met de aarde botsen. De nieuwe hoge botsingssnelheid geeft aan dat botsingen de planeet ongeveer elke 15 miljoen jaar treffen, ongeveer 10 keer hoger dan de huidige modellen.

Wetenschappers realiseerden zich dit na het analyseren van records van wat leek op gewone stukken steen. Het is eigenlijk oud bewijs, bekend als impactballen, die gevormd werden in vurige botsingen telkens wanneer grote asteroïden of kometen de planeet raakten. Als gevolg hiervan smolt de energie van de botsing het rotsachtige materiaal in de aardkorst en verdampte het, waardoor een gigantische pluim ontstond. Kleine druppeltjes gesmolten gesteente in die wolk condenseren en stollen, vallen terug op de grond als deeltjes ter grootte van zand die terugzakken naar de aardkorst. Deze oude markeringen zijn moeilijk te vinden omdat ze lagen in de rots vormen die meestal niet groter zijn dan een centimeter of zo.

“Je maakt eigenlijk lange wandelingen en kijkt naar alle rotsen die je kunt vinden, omdat de impactdeeltjes zo klein zijn,” zei Drapon. “Ik heb ze echt zo gemakkelijk gemist.”

Een studie onder leiding van SwRI heeft bombardementsmodellen bijgewerkt op basis van kleine glasdeeltjes, bekend als impactbollen, die verschillende dunne, afzonderlijke lagen in de aardkorst vullen, variërend in leeftijd van ongeveer 2,4 tot 3,5 miljard jaar. Lagen bolletjes – zoals die te zien is in dit 5 centimeter, 2,6 miljard jaar oude exemplaar uit Australië – zijn tekenen van oude botsingen. Krediet: met dank aan UCLA/Scott Hasler en Oberlin/Bruce Simonson

Maar wetenschappers, zoals Drapon, kregen hun pauzes. “In de afgelopen twee jaar is er bewijs gevonden voor een aantal aanvullende effecten die voorheen niet waren onderkend,” zei ze.

Deze nieuwe bolvormige lagen verhoogden het totale aantal bekende botsingen tijdens de vroege aarde. Hierdoor kon het team van het Southwest Research Institute hun bombardementsmodellen bijwerken om te ontdekken dat de aanvaringssnelheid was onderschat.

De onderzoekers hebben vervolgens gemodelleerd hoe al deze effecten de atmosfeer kunnen beïnvloeden. In wezen ontdekten ze dat de cumulatieve effecten van meteorietbotsingen door objecten van meer dan zes mijl groot waarschijnlijk een zuurstofput creëerden die het grootste deel van de zuurstof uit de atmosfeer absorbeerde.

De resultaten komen overeen met de geologische gegevens, waaruit blijkt dat de zuurstofniveaus in de lucht varieerden, maar relatief laag bleven in de vroege archeologische periode. Dit was het geval tot ongeveer 2,4 miljard jaar geleden, tijdens het einde van deze periode toen het bombardement vertraagde. De aarde onderging toen een grote verschuiving in de oppervlaktechemie die het gevolg was van stijgende zuurstofniveaus die bekend staan ​​als de Grote Oxidatie-gebeurtenis.

“In de loop van de tijd werden de botsingen steeds minder frequent en te klein om de zuurstofniveaus na GOE aanzienlijk te kunnen veranderen”, zei Markey in een verklaring. “De aarde was op weg om de huidige planeet te worden.”

Drapon zei dat de volgende stappen in het project zijn om hun modelleringswerk op de proef te stellen om te zien wat ze zelf in de rotsen kunnen modelleren.

“Kunnen we in het gesteente eigenlijk traceren hoe zuurstof uit de atmosfeer werd opgenomen?” vroeg Drapun.

Referentie: “Late en variabele atmosferische oxidatie als gevolg van hogere botsingssnelheden op aarde” door S.Marchi, N. Drapon, T. Schulz, L. Schaefer, D. Nesvorny, WF Bottke, C. Koeberl en T. Lyons, oktober 21 2021, natuurlijke aardwetenschappen.
DOI: 10.1038 / s41561-021-00835-9