소행성과 혜성의 충돌이 대기의 진화를 지연시킨 방법

이 연구는 지구에서 산소의 성장을 멈추게 한 충돌이 이전에 생각했던 것보다 더 흔하다는 것을 발견했습니다.

Archean eon으로 알려진 25억년에서 40억년 전, 지구의 날씨는 종종 소행성이 있을 가능성이 있는 흐린 것으로 묘사될 수 있습니다.

당시에는 소행성이나 혜성이 지구에 충돌하는 일이 드문 일이 아니었습니다. 사실, 폭이 6마일 이상인 가장 큰 것은 행성의 초기 대기의 화학적 성질을 변화시켰습니다. 이 모든 것이 지질학자들에 의해 일반적으로 받아 들여졌지만, 이 큰 소행성이 충돌하는 빈도와 충돌의 영향이 대기, 특히 산소 수준에 어떤 영향을 미쳤는지 잘 이해되지 않습니다. 연구원 팀은 이제 몇 가지 답이 있다고 생각합니다.

새로운 연구에서 하버드 대학의 지구 및 행성 과학 조교수인 Nadia Drapon은 고대 소행성 잔해를 분석하고 충돌이 이전에 생각했던 것보다 더 자주 발생한다는 것을 보여주기 위해 충돌의 영향을 모델링한 팀의 일원이었습니다. 산소가 행성에 축적되기 시작했을 때 지연되었을 수 있습니다. 새로운 모델은 과학자들이 오늘날 우리가 알고 있는 지구를 향해 행성이 이동하기 시작한 시점을 더 정확하게 이해하는 데 도움이 될 수 있습니다.

Drapon은 “대기 중 자유 산소는 호흡을 사용하여 에너지를 생성하는 모든 유기체에 매우 중요합니다.”라고 말했습니다. “대기에 산소가 축적되지 않았다면 우리는 아마 존재하지 않았을 것입니다.”

사우스웨스트 연구소(Southwest Research Institute)가 이끄는 팀은 25억년에서 40억년 전 시세 시대(Archaean period)에 여기에 표시된 것과 같은 큰 충격이 지구 대기의 산소 수준에 얼마나 영향을 미쳤는지 이해하기 위해 행성 폭격 모델을 업데이트했습니다. 크레딧: SwRI / Simone Marchi

작업은 에 설명되어 있습니다. 자연 지구 과학 콜로라도 볼더에 있는 사우스웨스트 연구소의 과학자 사이먼 마치가 주도했다.

연구원들은 현재의 행성 폭격 모델이 소행성과 혜성이 지구와 충돌하는 빈도를 과소평가한다는 것을 발견했습니다. 새로운 높은 충돌률은 충돌이 약 1,500만 년마다 행성에 충돌한다는 것을 나타내며, 이는 현재 모델보다 약 10배 더 높습니다.

과학자들은 평범한 암석 조각으로 보이는 것에 대한 기록을 분석한 후에 이것을 깨달았습니다. 큰 소행성이나 혜성이 행성에 충돌할 때마다 불 같은 충돌로 형성된 임팩트 볼(impact ball)로 알려진 고대의 증거입니다. 결과적으로 충돌의 에너지는 지각의 암석 물질을 녹이고 증발시켜 거대한 연기를 방출했습니다. 그 구름에 있는 녹은 암석의 작은 방울은 응결되고 응고되어 지구의 지각에 다시 정착하는 모래 크기의 입자로 땅에 다시 떨어집니다. 이 고대 표시는 일반적으로 1인치 정도보다 크지 않은 암석층을 형성하기 때문에 찾기가 어렵습니다.

“충격 입자가 너무 작기 때문에 기본적으로 긴 산책을 하면서 찾을 수 있는 모든 암석을 살펴봅니다.”라고 Drapon이 말했습니다. “정말 너무 쉽게 그리웠어요.”

SwRI가 주도한 연구에서는 약 24억에서 35억 년 사이의 나이 범위의 지구 지각에 있는 여러 개의 얇고 분리된 층을 채우는 충격구(impact sphere)로 알려진 작은 유리 입자를 기반으로 하는 충격 모델을 업데이트했습니다. 이 5센티미터, 26억 년 된 호주 표본에서 볼 수 있는 것과 같은 구상체 층은 고대 충돌의 흔적입니다. 크레딧: UCLA/Scott Hasler 및 Oberlin/Bruce Simonson 제공

그러나 Drapon과 같은 과학자들은 휴식을 취했습니다. 그녀는 “지난 2년 동안 이전에는 인식되지 않았던 많은 추가 효과에 대한 증거가 발견됐다”고 말했다.

이 새로운 구상층은 초기 지구 동안 알려진 충돌 사건의 총 수를 증가시켰습니다. 이를 통해 Southwest Research Institute 팀은 충돌률이 과소 평가되었음을 발견하기 위해 폭격 모델을 업데이트할 수 있었습니다.

그런 다음 연구원들은 이러한 모든 효과가 대기에 어떻게 영향을 미칠 수 있는지 모델링했습니다. 본질적으로 그들은 크기가 6마일 이상인 물체에 의한 운석 충돌의 누적 효과가 대기에서 대부분의 산소를 흡수하는 산소 흡수원을 생성했을 가능성이 있음을 발견했습니다.

그 결과는 지질학적 기록과 일치하는데, 대기의 산소 농도는 다양하지만 초기 고고학 기간에는 상대적으로 낮은 수준을 유지했음을 보여줍니다. 이것은 약 24억 년 전, 폭격이 느려진 이 기간의 끝 무렵까지의 경우였습니다. 그 후 지구는 대산화 사건(Great Oxidation Event)으로 알려진 상승하는 산소 수준으로 인한 표면 화학의 주요 변화를 겪었습니다.

마키는 성명을 통해 “시간이 지남에 따라 충돌 빈도가 점차 줄어들고 너무 작아져 GOE 이후 산소 수준을 크게 변경할 수 없었다”고 말했다. “지구는 현재의 행성이 되는 길에 있었다.”

Drapon은 프로젝트의 다음 단계에는 암석 자체에서 모델링할 수 있는 것을 확인하기 위해 모델링 작업을 테스트하는 것이 포함된다고 말했습니다.

“암석 기록에서 대기에서 산소가 어떻게 흡수되었는지 실제로 추적할 수 있습니까?” 드라푼이 물었다.

참조: S.Marchi, N. Drapon, T. Schulz, L. Schaefer, D. Nesvorny, WF Bottke, C. Koeberl 및 T. Lyons의 “지구에서의 더 높은 충돌 속도로 인한 늦은 및 가변 대기 산화”, 10월 2021년 2월 21일, 자연 지구 과학.
DOI: 10.1038 / s41561-021-00835-9