Selama Hadean Eon, sekitar 4,5 miliar tahun yang lalu, dunia adalah tempat yang jauh berbeda dari sekarang. Itu juga selama waktu ini yang outgassing dan aktivitas vulkanik menghasilkan atmosfer purba yang terdiri dari karbon dioksida, hidrogen dan uap air.
Hanya sedikit dari atmosfer purba ini yang tersisa, dan bukti-bukti geotermal menunjukkan bahwa atmosfer Bumi mungkin telah sepenuhnya dilenyapkan setidaknya dua kali sejak pembentukannya lebih dari 4 miliar tahun yang lalu. Sampai saat ini, para ilmuwan tidak yakin apa yang bisa menyebabkan kehilangan ini.
Tetapi sebuah studi baru dari MIT, Hebrew Univeristy, dan Caltech menunjukkan bahwa pemboman hebat meteorit pada periode ini mungkin bertanggung jawab.
Pengeboman meteorik ini akan terjadi sekitar waktu yang sama ketika Bulan terbentuk. Pengeboman batu ruang angkasa yang intens akan menendang awan gas dengan kekuatan yang cukup untuk secara permanen mengeluarkan atmosfer ke angkasa. Dampak seperti itu mungkin juga menghancurkan planet lain, dan bahkan mengupas atmosfer Venus dan Mars.
Faktanya, para peneliti menemukan bahwa planetesimal kecil mungkin jauh lebih efektif daripada penabrak besar - seperti Theia, yang tabrakannya dengan Bumi diyakini telah membentuk Bulan - dalam mengendalikan kehilangan atmosfer. Berdasarkan perhitungan mereka, akan dibutuhkan dampak raksasa untuk membubarkan sebagian besar atmosfer; tetapi jika disatukan, banyak dampak kecil akan memiliki efek yang sama.
Hilke Schlichting, asisten profesor di Departemen Ilmu Bumi, Atmosfer, dan Planet, MIT, mengatakan bahwa memahami pemicu atmosfer kuno Bumi dapat membantu para ilmuwan untuk mengidentifikasi kondisi planet awal yang mendorong kehidupan terbentuk.
"[Temuan ini] menetapkan kondisi awal yang sangat berbeda untuk seperti apa kemungkinan atmosfer awal Bumi," kata Schlichting. "Ini memberi kita titik awal baru untuk mencoba memahami apa komposisi atmosfer, dan apa kondisi untuk mengembangkan kehidupan."
Terlebih lagi, kelompok ini memeriksa seberapa banyak atmosfer dipertahankan dan hilang setelah tumbukan dengan benda raksasa, berukuran Mars dan lebih besar dan dengan penabrak yang lebih kecil berukuran 25 kilometer atau kurang.
Apa yang mereka temukan adalah bahwa tabrakan dengan penabrak sebesar Mars akan memiliki efek yang diperlukan menghasilkan gelombang kejut besar-besaran melalui bagian dalam bumi dan berpotensi mengeluarkan sebagian besar atmosfer planet.
Namun, para peneliti menentukan bahwa dampak seperti itu tidak mungkin terjadi, karena itu akan mengubah interior Bumi menjadi lumpur homogen. Mengingat penampilan beragam elemen yang diamati dalam interior Bumi, peristiwa semacam itu tampaknya tidak terjadi di masa lalu.
Serangkaian penabrak yang lebih kecil, sebaliknya, akan menghasilkan semacam ledakan, melepaskan segumpal puing dan gas. Penabuh terbesar ini akan cukup kuat untuk mengeluarkan semua gas dari atmosfer tepat di atas zona tumbukan. Hanya sebagian kecil dari atmosfer ini yang akan hilang setelah dampak yang lebih kecil, tetapi tim memperkirakan bahwa puluhan ribu penabrak kecil dapat melakukannya.
Skenario seperti itu kemungkinan terjadi 4,5 miliar tahun yang lalu selama Hadean Eon. Periode ini adalah salah satu kekacauan galaksi, karena ratusan ribu batuan ruang berputar di sekitar tata surya dan banyak yang diyakini bertabrakan dengan Bumi.
"Yang pasti, kami memang memiliki semua penabrak yang lebih kecil saat itu," kata Schlichting. "Satu dampak kecil tidak dapat menghilangkan sebagian besar atmosfer, tetapi secara kolektif, mereka jauh lebih efisien daripada dampak raksasa, dan dapat dengan mudah mengeluarkan semua atmosfer Bumi."
Namun, Schlichting dan timnya menyadari bahwa jumlah dampak dari dampak kecil mungkin terlalu efisien dalam mengendalikan kehilangan atmosfer. Ilmuwan lain telah mengukur komposisi atmosfer Bumi dibandingkan dengan Venus dan Mars; dan dibandingkan dengan Venus, gas mulia Bumi telah habis 100 kali lipat. Jika planet-planet ini telah terkena ledakan kecil penabrak kecil dalam sejarah awal mereka, maka Venus tidak akan memiliki atmosfer hari ini.
Dia dan rekan-rekannya kembali ke skenario dampak kecil untuk mencoba dan menjelaskan perbedaan ini dalam atmosfer planet. Berdasarkan perhitungan lebih lanjut, tim mengidentifikasi efek yang menarik: Setelah setengah atmosfer planet hilang, jauh lebih mudah bagi penabrak kecil untuk mengeluarkan sisa gas.
Para peneliti menghitung bahwa atmosfer Venus hanya harus dimulai sedikit lebih masif daripada Bumi agar penabrak kecil mengikis paruh pertama atmosfer Bumi, sambil menjaga Venus tetap utuh. Dari titik itu, Schlichting menggambarkan fenomena itu sebagai "proses pelarian - begitu Anda berhasil menyingkirkan babak pertama, babak kedua bahkan lebih mudah."
Ini memunculkan pertanyaan penting lainnya: Apa yang akhirnya menggantikan atmosfer Bumi? Setelah perhitungan lebih lanjut, Schlichting dan timnya menemukan penabrak yang sama yang mengeluarkan gas juga mungkin telah memperkenalkan gas baru, atau volatile.
"Ketika dampak terjadi, ia mencairkan planetesimal, dan volatilnya dapat masuk ke atmosfer," kata Schlichting. "Mereka tidak hanya dapat menguras, tetapi mengisi kembali sebagian dari atmosfer."
Kelompok ini menghitung jumlah volatil yang mungkin dilepaskan oleh batuan dengan komposisi dan massa tertentu, dan menemukan bahwa sebagian besar atmosfer mungkin telah diisi kembali oleh dampak puluhan ribu batuan ruang angkasa.
"Jumlah kami realistis, mengingat apa yang kami ketahui tentang kandungan volatile dari bebatuan berbeda yang kami miliki," catat Schlichting.
Jay Melosh, seorang profesor ilmu bumi, atmosfer, dan planet di Purdue University, mengatakan kesimpulan Schlichting adalah mengejutkan, karena sebagian besar ilmuwan berasumsi bahwa atmosfer Bumi dilenyapkan oleh dampak raksasa tunggal. Teori-teori lain, katanya, memicu gelombang radiasi ultraviolet yang kuat dari matahari, serta "angin matahari yang luar biasa aktif."
"Bagaimana Bumi kehilangan atmosfer primordialnya telah menjadi masalah yang sudah berlangsung lama, dan makalah ini sangat membantu memecahkan teka-teki ini," kata Melosh, yang tidak berkontribusi dalam penelitian ini. "Kehidupan dimulai di Bumi sekitar saat ini, dan dengan menjawab pertanyaan tentang bagaimana atmosfernya hilang memberi tahu kita tentang apa yang mungkin telah memulai asal usul kehidupan."
Ke depan, Schlichting berharap untuk memeriksa lebih dekat kondisi yang mendasari pembentukan awal Bumi, termasuk interaksi antara pelepasan volatil dari penabrak kecil dan dari lautan magma kuno Bumi.
"Kami ingin menghubungkan proses geofisika ini untuk menentukan komposisi atmosfer apa yang paling mungkin terjadi pada waktu nol, ketika Bumi baru saja terbentuk, dan mudah-mudahan mengidentifikasi kondisi untuk evolusi kehidupan," kata Schlichting.
Schlichting dan rekan-rekannya telah mempublikasikan hasil mereka di jurnal Icarus edisi Februari.
