Kai Saulė dar buvo jauna, jos ryškumas siekė tik 70 proc. dabartinio, rodo mokslininkų modeliai. Tačiau per pirmuosius 2 mlrd. Žemės istorijos metų mūsų planeta vis tiek buvo pakankamai šilta, kad viso jos paviršiaus nepadengtų ledynai ir kad joje atsirastų pirmykštė gyvybė.
Mokslininkai, tarp kurių – Carlas Saganas, pateikė keletą būdų, kaip būtų galima paaiškinti taip vadinamą „blyškios jaunos Saulės paradoksą“. Galbūt šiltnamio efektą sukuriančios dujos šildė planetą. Galbūt Saulė buvo ryškesnė nei anksčiau manyta. O galbūt ankstyvoji Žemė sugėrė daugiau saulės šviesos nei anksčiau teigta.
Tačiau vėliau nustatyta, kad daugelis šių efektų turi daug svarbių trūkumų, teigė tyrimo vadovas Robinas Wordsworthas, planetų mokslininkas iš Čikagos universiteto.
Naujajame tyrime jis su kolega Raymondu Pierrehumbertu iškėlė mintį, kad vandenilio ir azoto molekulių susidūrimai ankstyvos Žemės atmosferoje galėjo padėti sulaikyti sklindančią Saulės spinduliuotę ir sušildyti planetą.
Molekulės gali sugerti infraraudonąją šviesą (kuri dažniausiai skleidžiama kaip šiluma), kai reaguodamos į šviesą virpa: Šiltnamio efektą sukeliančios dujos, pavyzdžiui, anglies dvideginis, gali sugerti infraraudonosios šviesos fotonus ir sušildyti planetą, tačiau azoto ir vandenilio dujos paprastai taip nedaro.
„Tačiau jei atmosfera yra pakankamai tanki, vandenilio ir azoto molekulės retkarčiais susijungia, kai viena su kita susiduria, suformuodamos naujas „silpnesnes“ vandenilio azoto molekules. Šios molekulės virpa labai įvairiais būdais, o tai leidžia joms labai efektyviai sugerti infraraudonosios šviesos fotonus ir taip palaikyti planetos paviršiaus šilumą“, – aiškino R. Wordsworthas.
Ankstesniuose tyrimuose teigta, kad ankstyvoje Žemėje nebuvo daug vandenilio.
„Šiandien vandenilis yra taip retai Žemės atmosferoje aptinkamos dujos, kad iš pirmo žvilgsnio atrodo keista, kad jos kada nors galėjo prisidėti prie klimato šilimo“, – kalbėjo mokslininkas.
Tačiau neseniai atlikti skaičiavimai rodo, kad ankstyvosios Žemės atmosferoje iš tiesų galėjo būti iki maždaug 30 proc. vandenilio. R. Wordsworthas ir R. Pierrehumbertas nustatė, kad jei ankstyvosios Žemės atmosferoje buvo 10 proc. vandenilio dujų, jos paviršiaus temperatūrą galbūt galėjo pakelti 10–15 laipsnių.
Vandenilio-azoto šiltėjimas ypač įdomus todėl, kad jis turi didelę reikšmę biosferos vystymuisi, pažymėjo R. Wordsworthas. Iki šiol tyrėjai manė, kad ankstyvoje Žemėje turėjo vyrauti metano dujas gaminantys, vandenilį naudojantys mikrobai, nes jie manė, kad planetai sušildyti būtinas atmosferoje esantis metanas.
„Ši idėja turi sunkumų, nes ankstyvosios Žemės sąlygomis metanas iš tiesų buvo gana neefektyvios šiltnamio efektą sukeliančios dujos. Mūsų tyrimas rodo, kad Žemė galėjo būti šilta net ir tuomet, jei ankstyvoji biosfera nebūtų išskyrusi didžiulių metano kiekių“, – sakė R. Wordsworthas.
Iš tiesų galėjo būti, kad šie mikrobai ne šildė klimatą, išskirdami metaną, kaip anksčiau manyta, o jį vėsino, sunaudodami vandenilį.
Šis šiltėjimo efektas gali būti labai svarbus, tyrinėjant kitų planetų klimatus. „Tai gali padėti praplėsti didesnių planetų, vadinamų „superžemėmis“, esančių toli nuo motininių žvaigždžių, gyvybei tinkamos zonos apibrėžimą“, – pažymėjo R. Wordsworthas.
Žvaigždės gyvybei tinkama zona apibrėžiama kaip sritis, kurioje esančios planetos paviršius pakankamai šiltas, kad jame galėtų egzistuoti skystas vanduo. Kadangi Žemėje gyvybė randama beveik visur, kur tik yra skysto vandens, šis šiltėjimo efektas gali būti svarbus ir ieškant bioženklų kituose pasauliuose, teigia mokslininkai. Manoma, kad superžemių atmosferose yra pakankamai daug vandenilio ir azoto.
