Незважаючи на перші паростки життя, древня Земля була не самим приємним місцем. Поверхня планети регулярно побивалась космічними камінням, атмосфера не містила кисню і, отже, не мала озону для захисту поверхні від впливу УФ-випромінювання. Крім того, молоде Сонце справляло на 25% менше енергії, ніж сьогодні, в результаті чого середня температура на Землі поблизу поверхні повинна була знаходитися нижче точки замерзання води.

Але вона там не була. Геологічні дані свідчать про існування рідких океанів незабаром після утворення планети, і перші півтора мільярда років історії Землі не залишили нам слідів зледеніння. Цю головоломку - парадокс слабкого молодого Сонця - першими в 1972 році описали Карл Саган і Джордж Маллен.

Юна солнцеподобная зірка 1RXS J160929.1-210524 і її планета (зображення Gemini Observatory, D. Lafreniere, R. Jayawardhana, M. van Kerkwijk / Univ. Toronto).

З тих пір запропоновано безліч гіпотез. Одні вважають, що Земля мала меншою відбивною здатністю через нестачу континентів і зниженого хмарного покриву, в результаті чого поглинала більше сонячного світла. Інші ставлять на парникові гази. Багато зусиль витрачено на обчислення об'ємів СО2, метану і більш екзотичних сполук начебто карбонилсульфида (OCS) у стародавній атмосфері, яка, до речі, була тоді, швидше за все, щільніше, що підвищувало ефективність парникових газів.

Комбінації цих факторів досить, щоб вирішити парадокс, але нез'ясованими залишається безліч деталей. Робін Вордсворт і Раймон Пьерюмбер із Чиказького університету (США) пропонують зв'язати ще один шматочок головоломки із взаємодією в атмосфері водню і азоту.

Ні той (H2) ні інший (N2) окремо не є парниковим газом, тобто не поглинає інфрачервоне випромінювання, що випускається планетою (цей факт визначається їх молекулярною структурою). Однак при їх зіткненні відбуваються дивні речі. На якусь мить вони починають вести себе як одна велика молекула парникового газу. Цей процес, до речі, грає важливу роль в енергетичному балансі супутника Сатурна Титану.

До недавнього часу вважалося, що в ранній атмосфері землі було дуже мало водню, адже йому нічого не варто полетіти в космос завдяки своїй малій масі. Але зараз доведено, що швидкість втрати цього елементу переоцінювалася і в давнину він був присутній в значній кількості.

Автори нового дослідження вирахували, що вищевказані зіткнення могли нагріти Землю на цілих 10-15 C. Якщо це дійсно так, то навіть помірного впливу інших факторів було б більш ніж достатньо, щоб планета не замерзала. (Втім, одна з недавніх робіт показала, що юне Сонце давало ще менше тепла, тому інші фактори могли знадобитися в повному обсязі.)

Очевидно, що поглинання інфрачервоного випромінювання таким способом відігравало важливу роль лише до тих пір, поки атмосфера була насичена воднем. Все змінилося, як тільки на сцену вийшли бактерії, які переробляють вуглекислий газ і водень, метан і воду. Метан поглинає інфрачервоне випромінювання лише на певній довжині хвилі, і тому по досягненні певної концентрації внесок додаткового метану в парниковий ефект стає незначним. Метаногени, ймовірно, дуже швидко досягли цієї точки, після чого споживання вуглекислого газу і водню стало давати в залишку охолоджуючий ефект. Крім того, висока концентрація метану повинна була призвести до утворення димки, отражавшей сонячне світло.

Тому дослідники припускають, що велике заледеніння, яке сталося близько 2,9 млрд років тому, могло бути обумовлено, як не дивно, виробництвом біологічних метану. Тут залишається багато невідомих, так що простір для досліджень ще є.

У коментарі до статті з результатами дослідження Джеймс Кастинг з Університету штату Пенсільванія (США) відзначає, що висновки колег мають позаземне значення. Якщо H2 і справді здатний нагріти планету земного типу, стає можливим існування життя на аналогічних молодих планетах (в тому числі на стародавньому Марсі), розташованих в десять разів далі від солнцеподобной зірки, ніж Земля.

Результати дослідження опубліковані в журналі Science.

Підготовлено за матеріалами Ars Technica.