Капли на песке миллиарды лет назад

На каждого гражданина, даже партийного, давит атмосферный столб весом 214 кило. Это научный медицинский факт. С недавнего времени мне стало тяжело.
О. Бендер

Как известно, герой романа «Золотой теленок» Ильфа и Петрова не был силен в физике, чего не скажешь о группе авторов под предводительством Дэвида Катлинга (David CatLing) из Вашингтонского университета, опубликовавших в апрельском выпуске журнала Nature статью о плотности атмосферы Земли почти 3 млрд лет назад [1]. Для этого они использовали очень изящный подход — измерили следы капель, отпечатавшихся на поверхности туфов с возрастом 2,7 млрд лет формации Камелдорнс группы Платберг в Южной Африке. Дело в том, что размер капель не зависит от плотности воздуха, а зависит только от скорости, которую приобретает капля к моменту своего фрагментирования. Так, максимальный размер дождевой капли в 6,8 мм, измеренной на поверхности Земли, достигается при скорости 9,3 м/с. Эта, казалось бы неразрешимая проблема обходится следующим образом. Размер отпечатка, который формируется при падении капли на нелитифицированную поверхность туфа, зависит от импульса при ударе, выраженного через безразмерный параметр. Такое соотношение было получено авторами статьи экспериментально, при помощи «бросания капель» на два образца современных туфов, один из которых был взят после знаменитого извержения Исландского вулкана Эйяфьятлайокудль 2010 года (о котором ТрВ-Наука писал по горячим следам в №52 27.04.2010). Импульс также зависит и от массы капли, которая в свою очередь зависит от ее размера. Таким образом, зная физику и имея экспериментальную зависимость, остается только измерить размер отпечатков на поверхности древнего туфа, предположить максимальный размер капли и оценить плотность атмосферы в прошлом. В итоге максимальная плотность атмосферы не могла превышать 2,3 кг/м3, но, более вероятно, находилась в интервале 0,6—1,3 кг/м3. Используя эти значения и приняв имеющиеся допущения о составе атмосферы 2,7 млрд лет назад, авторы статьи оценили также и атмосферное давление. Оказалось, что оно вряд ли отличалось от современного более чем в 2 раза в ту или иную сторону. Интересно, знай это Ильф и Петров, какие слова они бы вложили в уста своего героя?

Алексей Иванов

Som S.M., Catling D.C., Harnmeijer J.P., Polivka P.M., Buick R. Air density 2.7 billion years ago Limited to less than twice modern levels by fossil raindrop imprints. Nature, 2012, v. 484, p. 359-362