Наша Земля почему-то не замерзает

Сейчас вопрос с замерзанием Земли не стоит — мы наоборот боимся, что она перегреется. Этой произойдет, если мы такими же темпами продолжим выбрасывать парниковые газы в атмосферу. Но именно благодаря этим парниковым газам наша планета не замерзла 3,8 миллиарда лет назад когда Солнце светило очень тускло.

Светимость звезд типа Солнца за время их жизни заметно растет. Получается что 3,8 миллиарда лет, когда на нашей планете появилась жизнь, светимость должна была быть на 75% ниже, чем сегодня. Если бы Солнце стало настолько тусклым, как тогда, то Земля бы стала одним большим снежком. Как в таком холоде могли зародиться живые организмы?

«Парадокс молодого тусклого Солнца» — если Солнце было настолько тусклым, как так получилось, что на Земле было довольно тепло? Настолько, что примерно 3,8 миллиарда лет назад на ней появились следы жизни.

Как вариант — азотная атмосфера. Азотная атмосфера планеты тогда была намного толще. Плотная газовая оболочка работает как термос — если атмосфера действительно была плотной, то она лучше бы поглощала уходящее от нее в космос инфракрасное излучение.

Но этот вариант быстро вычеркнули — если азотная атмосфера была плотнее, легкие атомы азота (азот-14) уносило бы в космос чаще, чем тяжелые (азот-15). Тогда в земной атмосфере сейчас азота-15 было бы больше, чем в других местах Солнечной системы.

Ученые решили выяснить, есть ли другие варианты.

Они попытались рассчитать, что случилось бы с земной атмосферой при разных содержаниях в ней углекислого газа. Оказалось, если в воздухе содержится много СО2, то он так эффективно задерживает инфракрасное излучение от поверхности планеты, что это остужает верхние слои нашей атмосферы: до них снизу доходит меньше тепла.

Раннее Солнце излучало намного больше ультрафиолета, чем сегодня, и это излучение должно было серьезно нагревать именно верхние слои атмосферы. Если бы содержание СО2 3,8 миллиарда лет назад было таким же низким, как сегодня, планета могла бы очень быстро потерять всю атмосферу.

Поскольку сейчас на планете атмосфера вполне наблюдается и плотность ее не ниже, чем в древности, то можно предположить, что СО2 в атмосфере ранней Земли было намного больше, чем сейчас. Расчеты авторов новой работы показывают, что углекислого газа там должно было быть не менее 40%. Сейчас СО2 в воздухе всего 0,04% — в тысячу раз меньше, чем тогда. Авторы подчеркивают, что 40% — это нижнее ограничение, на самом деле углекислого газа в воздухе могло быть намного больше.

Если углекислого газа в древности было в тысячу раз больше, чем сейчас, это объясняет парадокс незамерзаний древней Земли.

Такой эффективный парниковый газ в огромных концентрациях — не менее 400 тысяч частей на миллион — работал как идеальный термос. в таких условиях планета должна была слабо терять тепло, получаемое от Солнца, поэтому даже в таком холоде не замерзала, а вовсю процветала, пока не потеряла весь основной углекислый газ.

Возможно, основным путем такой потери был фотосинтез, в процессе которого древние микроорганизмы расщепляли СО2, выделяя в воздух кислород и используя углерод для построения собственных тканей.