Üstökösöktől kaphatott légkört a Föld

Bolygónk légköre bizonyos fokig a Naprendszer távoli részeiből származhat - erre találtak bizonyítékokat angol kutatók ősi gázok összetételét tanulmányozva. A felfedezés alapjaiban változtathatja meg a légkör kialakulásával kapcsolatos régóta elfogadott elméletet. A kutatás Új-Mexikó mélyen eltemetett, mindeddig érintetlen lelőhelyein zajlott.

A légkör rendkívül sok gáz és egyéb anyag, aeroszolrészecske elegye. A gázokat a koncentráció időbeli változása alapján állandó és változó összetevőkre bontjuk. Utóbbiak a légköri tartózkodási idő, azaz annak alapján különböztethetők meg, hogy az adott gázmolekulák mennyi idő alatt kerül ki a légkörből. A változó összetevők közé tartozik például a szén-dioxid vagy a mindössze 9-12 napos tartózkodási idővel rendelkező vízgőz.

A számottevő koncentráció-változást nem mutató állandó gázok legnagyobb százalékát a nitrogén és az oxigén teszi ki, emellett azonban a nemesgázok is ide sorolhatók - igaz, ezek csak rendkívül kis mennyiségben fordulnak elő.

A kripton például mindössze 1 ppm mennyiségben található meg, azaz minden egymillió légrészben csupán egy kriptonmolekula van; a xenon pedig ennél is kisebb koncentrációban fordul elő. Ezek az úgynevezett nyomelemek azonban kulcsfontosságúak lehetnek a légkör kialakulásának megértésében. A világ vezető tudományos folyóirata, a Science közölte a témában a legújabb tanulmányt, s eszerint a légkör számos alkotógáza a távoli űrből érkezhetett, és nem a Föld belsejéből származik, mint ahogy azt korábban gondolták.

Meteor lép be a földi légkörbe

A tudósok mindeddig úgy vélték, hogy amikor a Föld - a Naphoz és a többi bolygóhoz hasonlóan - a csillagközi gáz- és porfelhőből összeállt és megszilárdult, a gázok egy részét csapdába ejtette a Föld köpenye. A köpeny a Föld magját körülvevő, mintegy 2900 kilométer vastag, szilárd burok, fölötte a földkéreg található. Ezeket a gázokat aztán több százmillió év leforgása alatt a vulkánkitörések visszajutatták a bolygó felszínére, ahol a gravitáció akadályozta meg azt, hogy elillanjanak az űrbe. A gázok keveréke az oxigénnel és egyéb más, az élet kialakulása miatt megjelenő molekulákkal együtt hozta létre bolygónk légkörének mai formáját.

Légkör a föld alól, vagy az űrből

A brit Manchesteri Egyetemen dolgozó Christopher Ballentine és csoportja nemrégiben publikált tanulmányában azonban kételyeket támaszt az előbbi elképzelés helyességével kapcsolatban. Kutatócsoportjával az USA Új-Mexikó államában talált rá egy évmilliárdokon át, a Föld mélyén érintetlenül maradt kripton- és xenonlelőhelyre. Itt végezték el méréseiket, eredetileg azzal acéllal, hogy az évmilliárdokkal ezelőtti állapotokat tükröző vulkáni gázbuborékokat és azok izotóparányait tanulmányozzák. (Az izotópok ugyannak a kémiai elemnek különböző megjelenési formái, mindössze az elem neutronszámában különböznek.)

A nemesgázok, így a neon, argon, kripton és xenon izotóparányai a múltban lejátszódó folyamatok megbízható mutatói, ugyanis ezek a gázok kémiai reakciókban nem vesznek részt, így tulajdonságaik csak csekély mértékben változnak. A csoport a könnyebb és nehezebb izotópok arányait vizsgálva meglepő eredményt kapott: az arányok nem egyeztek meg a naprendszert létrehozó ősi porfelhő anyagával. Ezt az összetételt napjainkban a napszél vizsgálatával lehet meghatározni.

A Föld légkörében a nehezebb izotópok vannak túlsúlyban, kicsit nagyobb mértékben, mint a Nap esetében. A felállított modell alapján ennek az a magyarázata, hogy a köpenyből a gázok újabb és újabb árama érkezett a földfelszínre, és ezek pótolták a légkörből az űrbe távozó könnyebb és illékonyabb gázok egy részét. Az elképzelés alapján viszont a köpenyből feltörő gázok összetétele a Napéval kellett, hogy megegyezzen - ami enyhén a nehezebb izotóp irányába húz. Így összességében még inkább a nehezebb gázizotópok gyűltek össze a felszín közelében.

A meteorok jelenthetik a megoldást - érvek és ellenérvek

Azonban a Ballentine által Új-Mexikóban vett kriptonminta még a Napnál vagy a földi légkörnél is nagyobb mértékben tartalmazta a nehézizotópokat, valójában a meteorokban talált kriptonösszetételhez hasonlított leginkább. Mindezek alapján Ballentine és csoportja azt a következtetést vonta le, hogy légkörünk valószínűleg akkor alakult ki, amikor gázokban és vízben gazdag üstökösök és meteorok bombázták a Földet nem sokkal 4,5 milliárd évvel ezelőtti megalakulását követően -, de később, mint azt eddig gondolták. A becsapódás hevében az üstökösöket alkotó jég elpárologhatott, és olyan elemek maradhattak hátra, mint a kripton és a xenon.

A kutatók most azon fáradoznak, hogy kapott eredményeiket más, hasonló helyeken végzett mérésekkel is alátámasszák. Szkeptikusok szerint azonban a földköpenyből már teljesen eltűnhettek ezek az ősi gázok, amikor a fiatal Földet egy hatalmas becsapódás érte, amelynek következtében a Hold is kialakult. A csoport mindezek ellenére azt tervezi, hogy a NASA Csillagpor (Stardust) küldetéséből gyűjtött üstökösök anyagát izotóp vizsgálatoknak veti alá. Ha feltevésük mégis igaznak bizonyul, akkor nemcsak hogy csillagporból lett a Föld, hanem minden lélegzetvétellel Plútón túli levegőt szippantunk.