Окаменевшие капли дождя расскажут о древней атмосфере

Этот "палеобарометрический" метод, о котором было доложено на осеннем заседании Американского геофизического общества, позволит внести коррективы в модели, описывающие климат Земли в докембрийский период.

В то время Земля была совсем не похожа на ту планету, которую мы знаем.

Она вращалась вокруг своей оси гораздо быстрее, Луна находилась на гораздо более близком расстоянии, а солнечное излучение было гораздо слабее. 2,7 млрд лет назад на Земле еще не было флоры и фауны, а атмосфера была непригодна для дыхания.

Затвердевший дождь

"В атмосфере тогда, как и сейчас, по-видимому было немало азота, но кислорода не было совсем, - говорит Санджой Сом, сотрудник Эймсовского исследовательского центра НАСА. - Скорее всего, вместо кислорода в атмосфере присутствовали такие парниковые газы, как метан и двуокись углерода".

В своем докладе на заседании Американского геофизического общества доктор Сом рассказал, что ископаемые дождевые капли были найдены в 80-е годы в ЮАР близ города Вентерсдорп.

Они имеют вид множества углублений на окаменелой поверхности того, что когда-то было свежим вулканическим пеплом. Эти вмятины были тогда же укрыты новыми отложениями пепла, а затем минерализовались и превратились в камень.

Они стали видимыми в наши дни благодаря эрозии ископаемых пород под воздействием ветра.

Доктор Сом и его коллеги надеются, что эти следы древних капель могут пролить свет на некоторые параметры тогдашней атмосферы планеты.

Они исходят из того, что диаметр углублений определяется скоростью, с которой капли падают на поверхность. Этот параметр, называемый предельной скоростью падения, зависит от силы тяжести и плотности воздуха. Для современной земной атмосферы предельная скорость падения дождевой капли составляет около 9 метров в секунду.

Дополнительным фактором является размер капли, но оказывается, что он не зависит от плотности воздуха, а определяется аэродинамическими силами, которые не связаны с плотностью атмосферы. Самые тяжелые капли 2,7 миллиарда лет назад имели примерно такой же размер, как и сейчас - примерно 7 мм в диаметре.

"Идея состоит в том, что, если воздух в те времена был плотнее, то капли должны были падать медленнее и оставлять выемки в пепле меньшего диаметра. И наоборот, если воздух был более разреженным, то капли падали быстрее и их отпечатки должны быть крупнее", - объясняет доктор Сом.

Воздушное одеяло

Группа исследователей во главе с доктором Сомом провела серию экспериментов, в ходе которых ученые капали водой в поддон с вулканическим пеплом с высоты 25 метров, точно дозируя размеры капель при помощи пипетки.

Это позволило соотнести скорость дождевой капли с диаметром отпечатка, который она оставляла, а затем вычислить на основе этих данных скорость капли определенного размера при разных параметрах плотности воздуха.

Ученые пришли к выводу, что если самые крупные из углублений в породах, найденных в Вентерсдорпе, были оставлены самыми большими каплями, то давление воздуха в архейскую эпоху не могло превышать нынешнее более, чем вдвое.

"Но, учитывая наши знания о распределении размеров дождевых капель, нам известно, что капли максимального размера встречаются довольно редко, - говорит доктор Сом. - И если крупнейшие углубления в породах были оставлены каплями меньших размеров, то это означает, что давление воздуха могло быть даже ниже современного".

Данное исследование служит подтверждением гипотезы о том, что ранняя атмосфера Земли содержала значительный объем парниковых газов.

Это объясняет, почему Земля в тот период своего развития, когда солнечное излучение было гораздо более слабым, не превратилась в огромный снежок.

Если древняя атмосфера не обладала такой плотностью, чтобы задерживать тепло, то единственным механизмом, который мог бы уберечь планету от вымерзания, было значительное присутствие парниковых газов, таких как метан, двуокись углерода и водяной пар.

Благодаря свойствам этих газов удерживать тепло, Земля как бы была укутана согревающим одеялом.