Semasa Hadean Eon, kira-kira 4.5 bilion tahun yang lalu, dunia adalah tempat yang jauh berbeza daripada sekarang. Pada masa inilah aktiviti pembuangan gas dan gunung berapi menghasilkan atmosfer purba yang terdiri daripada karbon dioksida, hidrogen dan wap air.
Sedikit dari atmosfer purba ini masih ada, dan bukti panas bumi menunjukkan bahawa atmosfer bumi mungkin telah dihapuskan sepenuhnya sekurang-kurangnya dua kali sejak terbentuknya lebih dari 4 bilion tahun yang lalu. Sehingga baru-baru ini, para saintis tidak pasti apa yang boleh menyebabkan kerugian ini.
Tetapi kajian baru dari MIT, Hebrew Univeristy, dan Caltech menunjukkan bahawa pengeboman meteorit yang kuat dalam tempoh ini mungkin bertanggungjawab.
Pengeboman meteorik ini akan terjadi pada waktu yang sama ketika Bulan terbentuk. Pengeboman batuan luar angkasa yang kuat akan menumpangkan awan gas dengan kekuatan yang cukup untuk mengusir atmosfer ke ruang angkasa secara kekal. Kesan seperti itu juga dapat meletupkan planet lain, dan bahkan mengupas atmosfer Venus dan Mars.
Malah, para penyelidik mendapati bahawa planet kecil mungkin lebih berkesan daripada impak besar - seperti Theia, yang bertembung dengan Bumi dipercayai telah membentuk Bulan - dalam mendorong kehilangan atmosfera. Berdasarkan perhitungan mereka, memerlukan banyak kesan untuk menyebarkan sebahagian besar atmosfer; tetapi secara bersama, banyak kesan kecil akan memberi kesan yang sama.
Hilke Schlichting, seorang penolong profesor di Jabatan Bumi, Sains Atmosfera dan Planetari MIT, mengatakan bahawa memahami pemacu atmosfera kuno Bumi dapat membantu para saintis untuk mengenal pasti keadaan planet awal yang mendorong kehidupan untuk terbentuk.
"[Penemuan ini] menetapkan keadaan awal yang sangat berbeza untuk suasana atmosfer Bumi awal," kata Schlichting. "Ini memberi kita titik awal baru untuk mencoba memahami apa komposisi atmosfer, dan apa syarat untuk mengembangkan kehidupan."
Terlebih lagi, kumpulan itu meneliti berapa banyak atmosfera yang dikekalkan dan hilang berikutan hentaman dengan badan gergasi, berukuran Mars dan lebih besar dan dengan impak yang lebih kecil berukuran 25 kilometer atau kurang.
Apa yang mereka dapati adalah bahawa perlanggaran dengan impak sebesar Marikh akan membawa kesan yang diperlukan untuk menghasilkan gelombang kejut besar di bahagian dalam Bumi dan berpotensi mengeluarkan sebahagian besar atmosfer planet.
Walau bagaimanapun, para penyelidik memutuskan bahawa kesan seperti itu tidak mungkin berlaku, kerana ia akan mengubah bahagian dalam Bumi menjadi buburan homogen. Memandangkan munculnya pelbagai elemen yang diperhatikan di kawasan dalam Bumi, kejadian seperti itu sepertinya tidak pernah berlaku pada masa lalu.
Sebaliknya, satu siri impak yang lebih kecil akan menghasilkan letupan, melepaskan serpihan dan gas. Impak terbesar ini akan cukup kuat untuk mengeluarkan semua gas dari atmosfer tepat di atas zon hentaman. Hanya sebahagian kecil atmosfera yang akan hilang berikutan hentaman yang lebih kecil, tetapi pasukan menganggarkan bahawa puluhan ribu impak kecil dapat menariknya.
Senario seperti itu mungkin berlaku 4.5 bilion tahun yang lalu semasa Hadean Eon. Tempoh ini adalah salah satu kekacauan galaksi, kerana beratus-ratus ribu batu angkasa berputar di sekitar sistem suria dan banyak yang dipercayai bertabrakan dengan Bumi.
"Sudah pasti, kami mempunyai semua kesan kecil ini," kata Schlichting. "Satu kesan kecil tidak dapat menghilangkan sebagian besar atmosfer, tetapi secara kolektif, kesannya jauh lebih efisien daripada hentaman raksasa, dan dapat dengan mudah mengeluarkan seluruh atmosfer Bumi."
Walau bagaimanapun, Schlichting dan pasukannya menyedari bahawa jumlah kesan kecil mungkin terlalu efisien untuk menyebabkan kehilangan atmosfera. Saintis lain telah mengukur komposisi atmosfera Bumi berbanding dengan Venus dan Marikh; dan dibandingkan dengan Venus, gas mulia Bumi telah habis 100 kali ganda. Sekiranya planet-planet ini pernah terkena serpihan impak kecil yang sama dalam sejarah awal mereka, maka Venus tidak akan mempunyai suasana hari ini.
Dia dan rakan-rakannya kembali melihat senario kecil yang berdampak kecil untuk mencuba dan mempertimbangkan perbezaan atmosfera planet ini. Berdasarkan pengiraan lebih lanjut, pasukan mengenal pasti kesan yang menarik: Setelah atmosfera setengah planet hilang, menjadi lebih mudah bagi pemukul kecil untuk mengeluarkan sisa gas.
Para penyelidik mengira bahawa atmosfera Venus hanya perlu dimulakan sedikit lebih besar daripada Bumi agar impak kecil dapat mengikis separuh pertama atmosfera Bumi, sambil mengekalkan Venus tetap utuh. Dari sudut itu, Schlichting menggambarkan fenomena itu sebagai "proses pelarian - setelah anda berjaya menyingkirkan babak pertama, babak kedua menjadi lebih mudah."
Ini menimbulkan satu lagi persoalan penting: Apa yang akhirnya menggantikan atmosfera Bumi? Setelah membuat perhitungan lebih lanjut, Schlichting dan pasukannya menemui kesan yang sama dengan mengeluarkan gas yang juga mungkin telah memperkenalkan gas baru, atau mudah menguap.
"Apabila berlaku impak, ia mencairkan planetesimal, dan volatilnya dapat masuk ke atmosfera," kata Schlichting. "Mereka tidak hanya dapat menguras, tetapi mengisi kembali atmosfera."
Kumpulan itu mengira jumlah volatil yang mungkin dilepaskan oleh batuan komposisi dan jisim tertentu, dan mendapati bahawa sebahagian besar atmosfer mungkin telah diisi semula oleh kesan puluhan ribu batuan angkasa.
"Jumlah kami adalah realistik, mengingat apa yang kami ketahui mengenai kandungan volatile batuan yang kami miliki," tulis Schlichting.
Jay Melosh, seorang profesor sains bumi, atmosfera, dan planet di Universiti Purdue, mengatakan bahawa kesimpulan Schlichting adalah sesuatu yang mengejutkan, kerana kebanyakan saintis menganggap atmosfera Bumi dihapuskan oleh satu kesan besar. Teori lain, katanya, memancarkan aliran sinaran ultraviolet yang kuat dari matahari, dan juga "angin suria yang tidak aktif."
"Bagaimana Bumi kehilangan atmosfer purba telah menjadi masalah lama, dan makalah ini banyak membantu menyelesaikan teka-teki ini," kata Melosh, yang tidak memberikan sumbangan dalam penyelidikan ini. "Kehidupan bermula di Bumi sekitar waktu ini, dan dengan demikian menjawab pertanyaan tentang bagaimana atmosfer yang hilang memberitahu kita tentang apa yang mungkin memulai asal-usul kehidupan."
Melangkah ke depan, Schlichting berharap dapat mengkaji dengan lebih dekat keadaan yang mendasari pembentukan awal Bumi, termasuk interaksi antara pembebasan volatil dari benturan kecil dan dari lautan magma kuno Bumi.
"Kami ingin menghubungkan proses geofizik ini untuk menentukan komposisi atmosfer yang paling mungkin pada waktu sifar, ketika Bumi baru terbentuk, dan diharapkan dapat mengenal pasti keadaan untuk evolusi kehidupan," kata Schlichting.
Schlichting dan rakan-rakannya telah menerbitkan hasilnya dalam jurnal Icarus edisi Februari.
