Najstariji tragovi Zemljine atmosfere možda nisu sačuvani na Zemlji, nego u prašini s Mjeseca koju su astronauti misija Apollo donijeli kući. Analiza Jareda Landrya upućuje na to da je atmosfera prije otprilike 3,5 milijardi godina sadržavala mnogo više sumpora, ugljikova dioksida i metana nego današnja. Riječ je o modelu predstavljenom na konferenciji, a ne o izravnom uzorku drevnog zemaljskog zraka.
Landry, doktorand astrobiologije na Institutu za znanost o Zemlji i životu u Tokiju, rezultate je predstavio u srpnju na konferenciji Origins 2026 u Parizu. Njegova analiza pokušava iskoristiti Mjesečevo tlo kao posredni zapis razdoblja čije je tragove Zemlja tijekom milijardi godina uglavnom izbrisala vlastitom geologijom i kemijskim trošenjem atmosfere.
Kako je Zemlja ostavila trag
Ideja se temelji na česticama iz gornje Zemljine atmosfere. Dok napuštaju atmosferu, neke se ioniziraju, odnosno dobiju električni naboj. Mjesec tijekom dijela svoje orbite prolazi kroz Zemljin magnetski rep, područje u kojem solarni vjetar može nositi te ione prema njegovoj površini.
Dio tih čestica potom se ugrađuje u Mjesečevo tlo. Za razliku od Zemlje, gdje geološki procesi i vremenske prilike neprestano mijenjaju površinu, lunarno tlo može sačuvati takve kemijske tragove kroz vrlo dugo razdoblje.
To je u skladu s rezultatima istraživanja objavljenog u časopisu Communications Earth & Environment. Autori su računalnim simulacijama pokazali da je prijenos iona iz Zemljine atmosfere na Mjesec učinkovit kada se Mjesec nalazi unutar Zemljina magnetskog repa. Njihovi rezultati upućuju na to da bi zakopano Mjesečevo tlo moglo čuvati zapis Zemljine atmosfere kroz milijarde godina.
Landry je taj pristup primijenio na arhejski eon, razdoblje koje obuhvaća vrijeme prije otprilike 4 do 2,5 milijardi godina. U analizu je uključio doprinose Sunčeva vjetra i sitnih meteorskih čestica. Nakon što se uzmu u obzir ti izvori, model višak kemijskog materijala pripisuje Zemljinoj atmosferi.
Svi uzorci koje su prikupile misije Apollo potječu s bliže strane Mjeseca, koja je mogla primati čestice iz Zemljine atmosfere. Prema Landryjevoj interpretaciji, za ovakvu je rekonstrukciju važnije znati starost uzorka nego njegovu točnu lokaciju na bližoj strani.
To ne znači da su astronauti s Mjeseca donijeli zarobljeni zrak iz vremena kada je Zemlja bila mlada. U uzorcima se traže kemijski tragovi iona koji su tijekom dugog razdoblja pristizali iz Zemljine atmosfere i taložili se u lunarnom tlu.
Sumpor i problem mladog Sunca
Najzanimljiviji dio analize odnosi se na sumpor. Prema modelu, atmosfera u arhejskom eonu bila je znatno bogatija sumporom nego današnja. Takav je okoliš mogao opskrbljivati oceane sumporom i pogodovati kemijskim procesima važnima za stvaranje složenih organskih molekula, kao i nekim prebiotičkim i ranim biotičkim procesima.
Model istodobno upućuje na atmosferu s približno stotinu puta više ugljikova dioksida nego danas, uz visoku količinu metana. Takva bi kombinacija stakleničkih plinova mogla objasniti kako je Zemlja održavala tekuće oceane u vrijeme kada je Sunce bilo slabije nego danas.
Riječ je o poznatom problemu slabog mladog Sunca. Prije otprilike 3,5 milijardi godina Sunce je emitiralo manje energije, pa bi Zemlja bez dovoljno snažnog stakleničkog učinka trebala biti mnogo hladnija. Prethodni izračuni pokazali su da bi za održavanje tekućeg oceana bio potreban parcijalni tlak ugljikova dioksida od približno 0,1 atmosfere. Landryjev model daje vrijednost nešto nižu od toga.
Sumpor, međutim, donosi dodatnu poteškoću. Ako ga je u atmosferi bilo toliko mnogo, dio bi se prema današnjem hidrološkom ciklusu trebao otopiti u oceanima. Landry zato smatra da je na ranoj Zemlji morao postojati drukčiji proces koji je omogućio da se sumpor zadrži u atmosferi. Jedna je mogućnost slabija hidrološka aktivnost, a druga hladniji okoliš.
To pitanje zasad nije riješeno. Sljedeći korak bit će preciznije odrediti koliko je rana Zemlja bila topla, kakav je bio njezin ocean i koje su kemijske vrste mogle sudjelovati u reakcijama prije pojave života. Sličan bi se pristup u budućnosti mogao primijeniti i na Mars, njegov mjesec Fobos te ledene mjesece u vanjskom dijelu Sunčeva sustava.
Za sada je riječ o modelu predstavljenom na znanstvenoj konferenciji, i ne o konačnoj rekonstrukciji Zemljine atmosfere. Ipak, analiza pokazuje kako bi Mjesečevo tlo moglo čuvati kemijski trag razdoblja koje je na samoj Zemlji gotovo potpuno nestalo.
