在25億到40億年前，也就是被稱為太古宙的時期，地球的天氣經常可以被描述為多雲，有可能出現小行星撞擊事件。那時，小行星或彗星撞擊地球的情況並不罕見。事實上，當時最大的小行星（直徑超過6英里），改變了地球最早的大氣層的化學成分。雖然這一切已經被地質學家普遍接受，但一直沒有被很好地理解的是，這些大型小行星會多長時間撞擊地球一次，以及這些撞擊產生的塵埃究竟如何影響大氣層，特別是氧氣水平。一個研究小組現在認為他們有了一些答案。
在一項新研究中，哈佛大學地球和行星科學副教授Nadja Drabon所在的團隊分析了古代小行星的殘骸，並對其碰撞的影響進行了建模，表明這些撞擊發生的頻率比以前認為的要高，並且可能推遲了氧氣開始在地球上積累的時間。新的模型可以幫助科學家們更準確地了解這個星球何時開始走向我們今天所知的地球。
Drabon說：“大氣中的自由氧對於任何使用呼吸作用產生能量的生物都是至關重要的。如果沒有大氣中氧氣的積累，我們可能就不會存在。”
這項工作發表在《自然-地球科學》上，由科羅拉多州博爾德的西南研究院（SwRI）的科學家Simone Marchi領導。
研究人員發現現有的行星轟擊模型低估了小行星和彗星撞擊地球的頻率。新的、更高的碰撞率表明撞擊天體大約每1500萬年撞擊一次地球，比目前的模型高10倍左右。
科學家們在分析了看似普通的岩石碎片的記錄后意識到這一點。它們實際上是古老的證據，被稱為撞擊球粒，在每次大型小行星或彗星撞擊地球時的火熱碰撞中形成。結果，撞擊產生的能量融化和汽化了地殼中的岩石材料，將它們射成一個巨大的羽狀物。雲層中的熔岩小水滴隨後會凝結和固化，作為沙子大小的顆粒落回地球，並沉澱在地殼上。這些古老的標記很難找到，因為它們在岩石中形成的層次通常只有大約一英寸左右。
“你基本上只是去長途跋涉，你看你能找到的所有岩石，因為撞擊球粒是如此之小，”Drabon說。”它們真的很容易被錯過。”
然而，像Drabon這樣的科學家，已經抓住了突破口。她說：“在過去的幾年裡，發現了一些以前沒有認識到的額外撞擊的證據。”
這些新的球粒層增加了早期地球時期已知的撞擊事件的總數。這使得西南研究院的團隊能夠更新他們的轟擊模型，發現碰撞率被低估了。
研究人員隨後模擬了所有這些撞擊將如何影響大氣層的情況。他們基本上發現，直徑大於6英里的天體的隕石撞擊的累積效應可能創造了一個氧氣匯，將大部分氧氣從大氣中吸走。
這些發現與地質記錄相吻合，地質記錄顯示大氣中的氧氣水平是變化的，但在早期的太古宙時期保持相對較低的水平。這種情況一直持續到大約24億年前，在這個時期的尾部，轟擊速度減慢。然後，地球經歷了一個由氧氣水平上升引發的表面化學的重大轉變，被稱為大氧化事件。
Marchi在一份聲明中說：“隨着時間的推移，碰撞逐漸變得不那麼頻繁，而且規模太小，無法顯著改變大氧化事件后的氧氣水平。地球正在成為目前的星球的過程中。”
Drabon說，該項目的下一步包括將他們的建模工作進行測試，看看他們能在岩石本身中建立什麼模型。Drabon想知道：“我們能否在岩石記錄中實際追蹤到氧氣是如何被從大氣中吸走的？”