Modeller fra solens utvikling indikerer at den var så mye som 30 prosent mindre lysende under jordas tidlige historie enn den er nå. En ny studie og et blikk på Saturns måne Titan har gitt ledetråder for hvordan solen kunne ha holdt den tidlige jorden varm nok. Forskere sier at en tykk organisk dis som omsluttet tidlig jord for flere milliarder år siden, kan ha liknet disen som dekker Titan og ville ha beskyttet gryende liv på planeten mot de skadelige effektene av ultrafiolett stråling, mens de også varmet planeten.
Eric Wolf fra University of Colorado-Boulder og teamet hans mener den organiske uklarheten hovedsakelig var sammensatt av metan og nitrogenkjemiske biprodukter skapt av reaksjoner med lys. Hvis partiklene klumpet seg sammen i større, komplekse strukturer, et arrangement kjent som en fraktal størrelsesfordeling, ville de minste partiklene samvirke med kortbølgestrålingen, mens de større strukturer laget av de mindre partiklene ville påvirke lengre bølgelengder. Ikke bare ville diset ha skjermet tidlig jord mot UV-lys, det ville ha tillatt gasser som ammoniakk å bygge seg opp, forårsake oppvarming av drivhus og kanskje bidratt til å forhindre at planeten fryser over.
Andre forskere, inkludert Carl Sagan, har foreslått mulige løsninger på dette "Early Faint Sun" -paradokset, som generelt involverte atmosfærer med kraftige klimagasser som kunne bidratt til å isolere jorden. Men selv om disse gassene ville ha blokkert strålingen, ville den ikke ha varmet jorden nok til at livet dannes.
"Siden klimamodeller viser at jorda tidlig ikke kunne blitt varmet av atmosfærisk karbondioksid alene på grunn av dets lave nivåer, må andre klimagasser ha vært involvert," sa Wolf. "Vi tror den mest logiske forklaringen er metan, som kan ha blitt pumpet ut i atmosfæren av tidlig liv som metaboliserte det."
Lab-simuleringer hjalp forskere med å konkludere med at jordhulen sannsynligvis var sammensatt av uregelmessige "kjeder" av aggregatpartikler med større geometriske størrelser, lik formen på aerosoler som antas å befolke Titans tykke atmosfære. Ankomsten av Cassini-romfartøyet til Saturn i 2004 har tillatt forskere å studere Titan, den eneste månen i solsystemet med både en tett atmosfære og væske på overflaten.
I løpet av den arkeiske perioden var det ikke noe ozonlag i jordens atmosfære for å beskytte livet på planeten, sa Wolf. "UV-skjermende metan dis over den tidlige jord, antyder vi ikke bare ville ha beskyttet jordens overflate, det ville ha beskyttet de atmosfæriske gassene under den - inkludert den kraftige klimagassen, ammoniakk - som ville ha spilt en viktig rolle i å holde den tidlige jorden varm."
Forskerne estimerte at det årlig ble produsert omtrent 100 millioner tonn dis i atmosfæren til den tidlige jorda i løpet av denne perioden. "Hvis dette var tilfelle, ville en tidlig jordatmosfære bokstavelig talt ha dryppet organisk materiale ned i verdenshavene og gitt manna fra himmelen for det tidligste livet for å opprettholde seg selv," sa teammedlem Brian Toon, også fra CU-Boulder.
"Metan er nøkkelen til å få denne klimamodellen til å løpe, så et av målene våre nå er å slå fast hvor og hvordan den oppsto," sa Toon. Hvis jordens tidligste organismer ikke produserte metan, kan det ha blitt generert ved frigjøring av gasser under vulkanutbrudd enten før eller etter at livet først oppsto - en hypotese som vil kreve ytterligere studier.
Denne nye studien vil sannsynligvis gjenantænde interessen for et kontroversielt eksperiment av forskere Stanley Miller og Harold Urey på 1950-tallet, hvor metan, ammoniakk, nitrogen og vann ble kombinert i et reagensglass. Etter at Miller og Urey kjørte en elektrisk strøm gjennom blandingen for å simulere effekten av lyn eller kraftig UV-stråling, var resultatet at det ble opprettet et lite basseng med aminosyrer - livets byggesteiner.
"Vi har fortsatt mye forskning å gjøre for å avgrense vårt nye syn på den tidlige jord," sa Wolf. "Men vi tror dette papiret løser en rekke problemer forbundet med dis som eksisterte over tidlig jord og sannsynligvis spilte en rolle i å utløse eller i det minste støtte det tidligste livet på planeten."
Kilder: CU-Boulder, Science
