Парадокс слабого молодого Солнца -- больше не парадокс. Ученые считают, что, несмотря на низкую активность светила 4 млрд лет назад, Землю не сковали льды благодаря низким значениям альбедо.
В 1972 году известный американский астроном Карл Эдуард Саган и его коллега Джордж Маллен впервые увидели и сформулировали парадокс слабого молодого Солнца. Парадокс заключался в следующем: 4 млрд лет назад, согласно астрофизическим моделям, Солнце излучало на 30% меньше энергии, чем сейчас. Это происходило, по мнению ученых, из-за более высокого соотношения водорода и гелия в ядре светила. При таких условиях зарождающиеся на поверхности Земли океаны должны были замерзнуть -- Земля должна была бы напоминать современную Антарктиду. Но этого почему-то не произошло, как следует из палеоклиматических данных. И даже наоборот, некоторые модели показывают, что температура в океанах могла достигать +70°C. Правда, большинство ученых считает, что все-таки температура была более умеренной. Но в любом случае благоприятной для зарождения жизни.
Слабое Солнце, сильные газы
В конце ХХ века ученые сформулировали объяснение этому парадоксу. Проблему могли решить парниковые газы – углекислота и метан, попавшие в атмосферу Земли в результате активной вулканической деятельности. Их высокие концентрации, по мнению сторонников «парниковой» гипотезы, и создали эффект глобального потепления и спасли планету о замерзания.
Безоблачный архей
Древние минералы
Прежде чем предлагать собственную гипотезу, профессору Розингу и его коллегам пришлось доказать несостоятельность предыдущей. И хотя выпады в сторону «парниковой» гипотезы уже предпринимались, профессор Розинг решил подкрепить их своими собственными доказательствами.
Его сотрудники исследовали железорудные формации Исуа в Западной Гренландии, самые старые пласты которой датируются возрастом около 4 млрд лет. Эти формации сложены в том числе из таких минералов, как магнетит -- смесь оксидов железа и сидерит -- карбонат железа. На этот факт и обратили внимание ученые. По словам профессора, условия образования этих двух минералов таковы, что одновременно они могли появиться только при одном условии – при достаточно невысоких концентрациях углекислоты в атмосфере (при высоких концентрациях магнетит просто не может образовываться в таких количествах).
Рассчитав возможные значения концентрации углекислоты, благоприятной для образования обоих минералов, ученые получили цифру – 900 ppm (ppm — одна часть на миллион). Это примерно в три раза больше, чем современная концентрация углекислого газа в атмосфере (сейчас она составляет 390 ppm).
Модели же, к которым апеллировал профессор Розинг, показывали, что концентрация углекислоты в атмосфере молодой Земли должна была превышать современную в 70 раз – только тогда парниковый эффект сработал бы.
Разобравшись с предыдущей гипотезой, ученые приступили к построению своей собственной.
Альбедо молодой Земли
«На альбедо Земли влияют два основных фактора – это характер ее поверхности, а также количество и тип облаков. На протяжении всей геологической истории Земли типы облаков, а главное, их количество менялись», -- пишут авторы.
Как объясняет профессор Розинг, облака в атмосфере образуются за счет ядер конденсации. Это относительно большие частицы или ионы (10-3-10-5 см), содержащие, например, нитраты или сульфиты, или же микрочастички пыли, на которых происходит конденсация водяного пара. Чем выше поднимается частица, тем активнее на нее конденсируется вода. Их становится все больше и больше – так получаются облака. В современной атмосфере эти ядра конденсации образуются, прежде всего, благодаря окислению в атмосфере газов – продуктов жизнедеятельности растений и водорослей. «В атмосфере архея, в которой еще не было кислорода, и при отсутствии растений вполне логично предположить, что именно таких ядер конденсации было очень мало. А значит, и облаков было намного меньше, и они были не такими плотными», – считают авторы.
C помощью моделей, учитывающих площадь океана и количество облаков, профессор Розинг рассчитал показатели альбедо в течение всего архея – то есть от 4 млрд до 2,6 млрд лет назад. В итоге ученые пришли к выводу: низкие значения альбедо вполне могли поддерживать температуру поверхности океана на уровне примерно от +5 в самом начале архея до +10°C в конце.
