На заре существования жизни слабое Солнце еще не могло достаточно согреть нашу планету. Помог парниковый эффект.
Когда Солнце было тусклым: Новое решение старого парадокса

Давайте перенесемся где-то на 4,5 млрд лет назад. Нашим любопытным глазам предстанет совсем молодая Земля, еще лишенная Луны, и тоже сравнительно юное Солнце. Судя по тому, что мы знаем о нашей звезде — и вообще звездной эволюции — тогда она была намного менее ярким, чем теперь, в пору окончательной зрелости. Если верить расчетам теоретиков, в те годы Земля получала примерно на 20, а то и 30% меньше солнечного тепла, чем сегодня.

Из этого скромного подсчета можно сделать весьма противоречивые выводы. Ведь температура планеты должна была бы быть не на 20% ниже, а куда больше. Если тогда тепловой режим Земли был таким же, как сегодня, большая часть планеты должна была бы находиться в глубоком и ледяном минусе. В таких условиях появление и развитие жизни были бы почти невероятны, а вода существовала бы только в твердой форме. Более того, имеются геологические свидетельства, которые неопровержимо доказывают, что климат планеты в ту эпоху был влажным и теплым.

Противоречивый этот вопрос пока оставался без объяснений, получив название «парадокса слабого молодого Солнца». Для решения его предлагались самые разные теории: одни ученые доказывают даже, что тогда Земля была намного ближе к Солнцу. Но большинство склоняется к тому, что здесь сработал известный парниковый эффект, когда определенные газы в атмосфере удерживают тепло планеты, нагревая ее до повышенных температур. Что же это за газ, сказать не удавалось. Полагали, что им может быть аммиак или углекислый газ, обильно представленные в атмосфере юной Земли — но ни одна из версий не получила достаточных подтверждений.

Зато очень многообещающей выглядит новая работа, проведенная молодым исследователем из NASA Колином Гольдблаттом (Colin Goldblatt). Вкратце идея состоит в том, что за парниковый эффект на молодой Земле был ответствен… азот, и сегодня составляющий до 80% нашей атмосферы. Причем — весьма необычным образом.

Ученые оценили содержание различных изотопов азота в минералах и породах разного возраста: для молодой атмосферы характерно другое их соотношение, чем для современной, и уж тем более далекое от соотношения, обычного для изначально содержащих азот пород. Удалось показать, что в Архейскую эру, примерно 2,5−3,8 млрд. лет назад большое количество азота было уловлено из атмосферы появившимися ранними живыми организмами — и через цепочку химических превращений переведено в осадочные породы. Ученые оценили этот процесс количественно, и оказалось, что таким путем из атмосферы была удалена примерно половина всего азота.

Заметим, что сам по себе азот парниковым газом, в отличие от водяного пара или углекислого газа, не является. Но большие количества его в атмосфере создают избыточное давление — а значит, нижние слои воздуха становятся гораздо плотнее и удерживают больше излучения, доходящего до них, нагреваясь. Именно это, по мнению Гольдблатта и коллег, поддерживало тепло на молодой Земле.

Эта картина очень напоминает Венеру с ее ужасным климатом — плотная, исключительно богатая азотом атмосфера соседней планеты создает на ней даже слишком мощный парниковый эффект, так что здесь всегда очень и очень жарко (подробнее читайте: «Венера в глубину»).

Получается, что с появлением жизни азот из атмосферы стал удаляться — начался процесс азотфиксации. Она приводила к переходу азота сперва в органические, а затем — в неорганические соединения. Содержание его в атмосфере стало заметно падать, падало и атмосферное давление — Земля удерживала меньше солнечного тепла и парниковый эффект снижался. Но и само Солнце светило все ярче, не давая охлаждению перейти опасную грань. Поразительное «совпадение» — почти такое же, из-за которого Солнце и Луна, при всей своей разнице, имеют одинаковые видимые размеры. Почему это так, читайте: «Большая удача».

По публикации Nature News