Ποιες αλλαγές έγιναν στην ατμόσφαιρα του πλανήτη τα τελευταία 3,9 δισ. χρόνια

Πηγή: Carnegie Institution, Μάιος 2005

Τεχνικές που χρησιμοποιούνται και στα μεταλλεύματα, αποκαλύπτουν τα βήματα που οδήγησαν στην εξέλιξη της ατμόσφαιρας στη Γη. Ο Douglas Rumble του Γεωφυσικού Εργαστηρίου του Ιδρύματος Carnegie, περιγράφει σε ένα άρθρο του, που δημοσιεύεται στο περιοδικό American Mineralogist τις τεχνικές που χρησιμοποίησε κατά τη διάρκεια των τελευταίων πέντε ετών.  Οι μελέτες των ειδικών έχουν οδηγήσει τους ειδικούς να καταλάβουν τι ήταν αυτό που δημιούργησε το προστατευτικό στρώμα του όζοντος και την ατμόσφαιρα στον πλανήτη μας, τα τελευταία 3,9 δισεκατομμύρια χρόνια.

"Βράχοι, απολιθώματα, και άλλα φυσικά λείψανα διατηρούν ενδείξεις για τα αρχαία περιβάλλοντα υπό τη μορφή διαφορετικών αναλογιών των ισοτόπων ορισμένων στοιχείων. Τα ισότοπα είναι πυρήνες με τον ίδιο αριθμό πρωτονίων αλλά διαφορετικό αριθμό νετρονίων", εξηγεί ο Rumble. "Το νερό της θάλασσας, το νερό της βροχής, το οξυγόνο, και το όζον, παραδείγματος χάριν, έχουν διαφορετικές αναλογίες, ή καλύτερα δακτυλικά αποτυπώματα, των ισοτόπων του οξυγόνου ¹⁶O, ¹⁷O, και ¹⁸O. Η διάβρωση, το υπόγειο νερό, και η άμεση απόθεση των ατμοσφαιρικών αερολυμάτων αλλάζουν τις αναλογίες των ισοτόπων σε έναν βράχο. Με αυτό τον τρόπο αποκαλύπτεται το προηγούμενο κλίμα πάνω στη Γη".

Η εργασία του Rumble περιγράφει πώς οι γεωχημικοί, μεταλλειολόγοι και ορυκτολόγοι μελετούν τις ανωμαλίες των ισοτόπων του οξυγόνου και του θείου για να συναρμολογήσουν τα κομμάτια του παζλ, για το τι συνέβη στην ατμόσφαιρά μας πριν, περίπου, 3,9 δισεκατομμύρια έτη, όταν σχηματίστηκε ο φλοιός του πλανήτη μας και δεν υπήρχε τότε καθόλου οξυγόνο στην ατμόσφαιρα, έως έναν κόσμο με οξυγόνο από 2,3 δισεκατομμύρια έτη πριν έως και σήμερα.

Στην εργασία αυτή των επιστημόνων έγινε ανάλυση των μεταλλευμάτων επιφάνειας από όλη την υδρόγειο, με χρήση δορυφόρων και αερόστατων με σκοπό να συλλέξουν δείγματα από την στρατόσφαιρα και να μελετήσουν πυρήνες πάγου από την Ανταρκτική. Ακολούθως έγιναν εκτεταμένα εργαστηριακά πειράματα και έτρεξαν ειδικά μοντέλα προσομοίωσης σε υπολογιστές.

Η σύνθεση των αποτελεσμάτων από διαφορετικά επιστημονικά πεδία και τεχνικές έδειξε ότι η υπεριώδης ακτινοβολία (UV) του Ήλιου ήταν η πιο σημαντική κατευθυντήρια δύναμη για την ατμοσφαιρική εξέλιξη. Τα φωτόνια της ηλιακής UV ακτινοβολίας οδήγησαν στην παραγωγή του όζοντος στην ατμόσφαιρα, εμπλουτισμένο με τα ισότοπα ¹⁷O και ¹⁸O, έτσι με αυτόν τον τρόπο οι ισοτοπικές υπογραφές μας αποκάλυψαν την ιστορία της ατμόσφαιρας . Το στρώμα του όζοντος άρχισε να σχηματίζεται όταν η ατμόσφαιρα έγινε πλούσια σε οξυγόνο, και από τότε έχει προστατεύσει τον πλανήτη μας από τις επιβλαβείς ηλιακές ακτίνες, ενώ έκανε δυνατή την εμφάνιση της ζωής πάνω στη γήινη επιφάνεια. 

Η ανακάλυψη των ανωμαλιών στην αναλογία των ισοτόπων, κάτι όπου κανείς δεν το είχε υποψιαστεί προηγουμένως, προσθέτει ένα νέο εργαλείο στην έρευνα για τις σχέσεις μεταξύ των μεταβολών στην ατμοσφαιρική χημεία, αλλά και την αλλαγή του κλίματος. Τέλος οι λεπτομερείς μελέτες των πυρήνων του πολικού πάγου και των εκτεθειμένων αποθέσεων στις ξηρές κοιλάδες της Ανταρκτικής, μπορούν να συνεισφέρουν στην καλύτερη κατανόηση της ιστορίας της τρύπας του όζοντος.