Modellen van de evolutie van de zon geven aan dat deze tijdens de vroege geschiedenis van de aarde maar liefst 30 procent minder licht gaf dan nu. Een nieuwe studie en een blik op de maan Titan van Saturnus hebben aanwijzingen gegeven hoe de zon de vroege aarde warm genoeg had kunnen houden. Wetenschappers zeggen dat een dikke organische waas die de vroege aarde enkele miljarden jaren geleden omhulde, vergelijkbaar zou kunnen zijn met de waas die Titan bedekt en het opkomende leven op de planeet zou hebben beschermd tegen de schadelijke effecten van ultraviolette straling, terwijl het ook de planeet verwarmde.
Eric Wolf van de University of Colorado-Boulder en zijn team geloven dat de organische waas voornamelijk bestond uit chemische bijproducten van methaan en stikstof die zijn ontstaan door reacties met licht. Als de deeltjes samenklonteren in grotere, complexe structuren, een opstelling die bekend staat als een fractale grootteverdeling, dan zouden de kleinste deeltjes een wisselwerking hebben met de kortegolfstraling, terwijl de grotere structuren die uit de kleinere deeltjes zijn gemaakt langere golflengten zouden beïnvloeden. Niet alleen zou de nevel de vroege aarde tegen UV-licht hebben afgeschermd, het zou ook de vorming van gassen zoals ammoniak hebben toegestaan, waardoor de kas warmer werd en misschien hielp het voorkomen dat de planeet zou bevriezen.
Andere onderzoekers, waaronder Carl Sagan, hebben mogelijke oplossingen voorgesteld voor deze "Early Faint Sun" -paradox, die in het algemeen betrekking had op atmosferen met krachtige broeikasgassen die de aarde hadden kunnen isoleren. Maar hoewel die gassen de straling zouden hebben geblokkeerd, zou het de aarde niet voldoende hebben verwarmd om leven te vormen.
"Aangezien klimaatmodellen aantonen dat de vroege aarde vanwege zijn lage niveaus niet alleen door atmosferische koolstofdioxide kon worden verwarmd, moeten er andere broeikasgassen bij betrokken zijn geweest", aldus Wolf. "We denken dat de meest logische verklaring methaan is, dat mogelijk in het vroege leven in de atmosfeer is gepompt dat het metaboliseerde."
Labsimulaties lieten onderzoekers concluderen dat de aardnevel waarschijnlijk bestond uit onregelmatige "kettingen" van aggregaatdeeltjes met grotere geometrische afmetingen, vergelijkbaar met de vorm van aerosolen waarvan wordt aangenomen dat ze de dikke atmosfeer van Titan bevolken. Door de komst van het Cassini-ruimtevaartuig in Saturnus in 2004 konden wetenschappers Titan bestuderen, de enige maan in het zonnestelsel met zowel een dichte atmosfeer als vloeistof op het oppervlak.
Tijdens de archaïsche periode was er geen ozonlaag in de atmosfeer van de aarde om het leven op aarde te beschermen, zei Wolf. “De UV-afschermende methaannevel over de vroege aarde, we suggereren dat niet alleen het aardoppervlak zou zijn beschermd, het zou ook de atmosferische gassen eronder hebben beschermd - inclusief het krachtige broeikasgas, ammoniak - dat een belangrijke rol zou hebben gespeeld bij het behouden van de vroege aarde warm."
De onderzoekers schatten dat er in deze periode jaarlijks ongeveer 100 miljoen ton waas werd geproduceerd in de atmosfeer van de vroege aarde. "Als dit het geval was, zou een vroege aardatmosfeer letterlijk organisch materiaal in de oceanen hebben gedruppeld, en zo manna uit de hemel hebben verschaft voor het vroegste leven om zichzelf te onderhouden", zei teamlid Brian Toon, ook van CU-Boulder.
"Methaan is de sleutel om dit klimaatmodel te laten werken, dus een van onze doelen is nu om vast te stellen waar en hoe het is ontstaan", aldus Toon. Als de vroegste organismen van de aarde het methaan niet produceerden, is het mogelijk ontstaan door het vrijkomen van gassen tijdens vulkaanuitbarstingen, voor of na het ontstaan van het leven - een hypothese die verder onderzoek vereist.
Deze nieuwe studie zal waarschijnlijk de interesse in een controversieel experiment van wetenschappers Stanley Miller en Harold Urey in de jaren vijftig doen herleven, waarbij methaan, ammoniak, stikstof en water werden gecombineerd in een reageerbuis. Nadat Miller en Urey een elektrische stroom door het mengsel hadden geleid om de effecten van bliksem of krachtige UV-straling te simuleren, was het resultaat de vorming van een kleine pool van aminozuren - de bouwstenen van het leven.
'We moeten nog veel onderzoek doen om onze nieuwe kijk op de vroege aarde te verfijnen', zegt Wolf. "Maar we denken dat dit artikel een aantal problemen oplost die verband houden met de nevel die bestond over de vroege aarde en waarschijnlijk een rol speelde bij het triggeren of op zijn minst ondersteunen van het vroegste leven op aarde."
Bronnen: CU-Boulder, Science
