Tuhnoucí láva v sobě zanechává otisk podmínek za jakých tuhne. Hodnotu dnešního atmosférického tlaku odráží velikost bublin v právě se tvořících vyvřelinách na Havaji (Kredit: Peleg Michaeli, volné dílo)

Dosavadní představy, že Země zpočátku měla mocný plynový obal, který chránil život před kosmickým zářením, se nyní ukazuje být mylná. Původní představy o tehdejší atmosféře pohřbila velikost bublin v horninách západní Austrálie. Podle vědců z University of Western Australia a University of Washington, kteří bubliny uvězněné v horninách po dobu  2,7 miliardy let změřili, kdysi na hladině moře byl tlak nanejvýš poloviční, než ten, jakým na nás vzduch tlačí dnes.

V západní Austrálii objevil Tim Blake z University of Western Australia místo, kde řeka Beasley odkryla čedičové vrstvy, které svými velkými bublinami vypovídají o charakteru atmosféry na počátku vzniku života na Zemi. (Kredit: Google)

Proč jsou výsledky, zveřejněné před dvěma dny v časopisu Nature Geoscience, v rozporu s  obecně přijímanými názory na vývoj Země? Jednoduše proto, že dosud jsme Zemi přisuzovali mocnou vrstvu atmosféry. A to i v době, kdy Slunce zářilo mnohem slaběji. Mělo to svou logiku, málo výkonné Slunce svým slabým slunečním větrem odfukovalo do vesmíru méně atmosféry, než dnes. Jenže, jak se teď ukazuje, raná Země měla atmosféry méně a tak si musíme přiznat, že na našich představách vývoje, toho je hodně špatně. Jak v podmínkách pro život a o neustále měněných klima-modelech, ani nemluvě.

Všechen ten nynější rozruch se točí okolo bazaltů. Tedy toho, čemu se u nás lidově říká čadič. Asi proto, že je černý a jakoby očazený. Není to tak daleko od pravdy, protože jde o magmatickou horninu. Všude na Zemi je jí dost a dost. A nejen na Zemi, známe ji už i z Měsíce, Marsu, Venuše a dokonce i z asteroidu Vesta. Dnes o čediči (bazaltech) víme, že se taví okolo 1300 stupních Celsia a že má charakteristickou jemnozrnnou stavbu  vzniklou rychlým tuhnutím lávy na povrchu planet. Kromě  velkých krystalů minerálů obsahuje i drobné bublinky. V těch letitých už ale nejsou vyplněné plynem, ale takzvanou  druhotnou mineralizací po nich zbyly jen kuličky s výplní, většinou vápenatých minerálů.

Foto australských analyzovaných lávových proudů. Spodní ztuhl před 2,7 miliardami let. Jeho dutiny plynových bublin jsou už dnes vyplněny vápencem a dalšími minerály. Na obrázku se jeví jako bílé skvrny. Z porovnání jejich velikosti v horní a spodní vrstvě ztuhlého lávového proudu, se dnes dá vyčíst rozdílný tlak vzduchu. Obrovité „bubliny“ svědčí o tom, že kdysi vyvřelina tuhla pod mnohem menším tlakem. (Kredit: Sanjoy Som / University of Washington)

Tim Blake z University of Western Australia našel v Západní Austrálii místo, kde řeka Beasley obnažila skálu s bublinkami starými 2,7 miliardy let. Nejnižší lávový proud má to, čemu se říká "lávové prsty". Ty se vytvářejí v místech, kde se roztavená láva kdysi dávno nořila do mořské vody. Tento detail ale hodně znamená. Velikosti bublin vypovídá o tehdejším „tlaku vzduchu na hladině moře“. Horní, pozdní vrstvy vyvřelin už na první pohled žádné viditelné bubliny nemají.

Místo nálezu se nachází v regionu Pilbara, světově největších dolů na železnou rudu a železo je zde v takovém množství, že vychyluje kompasy přelétajícím letadlům. Nepřátelské prostředí, kde teploty dosahují padesáti stupňů Celsia je rájem geologů. Nachází se zde totiž nejstarší horniny na světě. Z oblasti Pilbara známe také  bochníkovité až polokulovité tvary, kterým říkáme stromatolity. Vznikaly z kalu bohatého na vápník, který se vysrážel, nebo jinak dostal na povrch porostů sinicnebo bakterií v bezkyslíkatém, případně málo kyslíkatém, prostředí v pobřežních mělčinách.  I ony jsou z téže doby, před asi 2,7 miliardy let. Jsou to pozůstatky jednobuněčných fotosyntetizujících organismů, kterým se dařilo, jak nyní už víme, i tak tenké vrstvě atmosféry navzdory.

Australské stromatolity, pozůstatek na počátek života na Zemi jsou ze stejné doby, jako zkoumané bazalty s obrovskými bublinami plynu. (Kredit: Paul Harrison, CC BY-SA 3.0 )

Již první, hrubé odhady, které vědci učinili, když je obrovitost bublin v bazaltové hornině trkla do hlavy, svědčily pro překvapivě lehkou atmosféru. Pozdější rentgenologické skeny z několika lávových proudů, jejich první dojem potvrdily. Velikost bublin prokázala, že atmosférický tlak býval méně než poloviční toho dnešního. Hovoříme o čase před 2,7 miliardami let, kdy Země byla domovem jen jednobuněčných mikrobů a kdy sluneční záření bylo o celou pětinu slabší a atmosféra neobsahovala kyslík. Ani zdaleka to nebyl pro život žádný ráj a nově k tomu musíme ještě přidat nectnosti, které v sobě skrývá tenká atmosféra. Proč by to situaci mělo posouvat k horšímu? Třeba proto, že tehdejší větry, které se po Zemi proháněly, to s těmi dnešními, měly společného jen málo. I bod varu vody byl jinde, spousta dalších fyzikálních a chemických dějů. Podle Rogera Buicka, člena výzkumného kolektivu, bude nyní nějakou dobu trvat, než všechny důsledky té tenké atmosférické slupičky domyslíme.

O poměrech, jaké kdysi panovaly při vzniku „naší kotliny“ by toho nejspíš mohly hodně vyprávět i bubliny v píšťalách bazaltových varhan na lokalitě Panská skála. (Kredit Wikipedie, volné dílo)

Pravdou je, že již tehdy jsme na Zemi měli kapalnou vodu a že mikrobi ze zemského pláště před oněmi třemi miliardami let postupně „vytahovali“ na světlo světa dusík. Atmosféra ale kdysi musela obsahovat mnohem více teplo pohlcujících plynů, jako jsou metan a oxid uhličitý. David Catling, rovněž profesor „vývoje Země“, poznatek komentoval značně otřepanou frází, kterou jsme si my novináři oblíbili natolik, že jí používáme i tehdy, kde to není zdrávo. V angličtině zní: "People will need to rewrite the textbooks.“ Nejen, že skleníkový efekt byl tehdy jiný, než jak jsme si ho představovali, ale musíme změnit náš pohled na podmínky vývoje života na Zemi. Stejně tak i na jeho možný vývoj na jiných planetách, kde atmosféra byla bez kyslíku a buďto jí tam bylo (nebo je), málo. S tím přepisováním učebnic to tentokrát nejspíš přehnané ani zdaleka nebude.

Literatura

Sanjoy M. Som, et al.: „Earth's air pressure 2.7 billion years ago constrained to less than half of modern levels“. Nature Geoscience (2016) doi:10.1038/ngeo2713