Små meteoriter som inte är större än sandkorn har nya ledtrådar om atmosfären på den antika jorden, enligt forskare.

Järnmikrometeoriter som hittats i forntida jordar tyder på att koldioxid utgjorde 25 till 50 procent av jordens atmosfär för 2,7 miljarder år sedan, och att trycket vid havsnivån kan ha varit lägre än idag, Penn State forskare sa.

Meteoriterna smälte när de strök genom atmosfären och oxiderade när de mötte atmosfäriska gaser. Bevis på oxidationen finns kvar på de små fragmenten som landade på jorden. Proverna fungerar som en unik proxy för förhållanden i den övre atmosfären, sa forskarna.

"Detta är ett lovande nytt verktyg för att ta reda på sammansättningen av den övre atmosfären miljarder år i det förflutna, sa Rebecca Payne, doktorand i geovetenskap och astrobiologi vid Penn State. Payne är huvudförfattare till studien, publicerades nyligen i tidskriften Proceedings of the National Academy of Sciences .

Arbetet bygger på tidigare studier av mikrometeoriterna som antydde att fria syremolekyler i den övre atmosfären oxiderade meteoriterna. Dessa fynd skulle kräva att syrenivåerna på den antika jorden var nära dagens nivåer, en överraskande slutsats som motsäger förhållanden som förväntas på den unga planeten, sa Payne.

Forskarna genomförde en ny analys med fotokemiska och klimatmodeller och bestämde koldioxid, inte syre, troligen fungerade som den huvudsakliga oxidanten. För att detta ska vara möjligt, de fann att koldioxid måste utgöra minst 25 procent av atmosfären.

Dessa nivåer av koldioxid skulle antyda en varm planet, men andra klimatbevis visar att jorden var sval vid den tiden och delvis täckt av glaciärer. Lägre kvävenivåer som resulterar i lägre tryck skulle möjliggöra både höga koldioxidnivåer och kalla förhållanden.

"Det finns data, refereras i vår tidning, som stöder lägre kvävekoncentrationer under denna tid, sa Jim Kasting, Evan Pugh University Professor vid institutionen för geovetenskaper i Penn State och Paynes rådgivare. "Vår studie av mikrometeoritoxidation faller i linje med den tolkningen. Möjligheten att vår stora atmosfäriska gas, kväve, var mindre rikligt i det avlägsna förflutna är verkligen spännande."

Fynden kan hjälpa till att förena meningsskiljaktigheter i tidigare studier om koldioxid i det djupa förflutna och klimatmodelluppskattningar, enligt forskarna.

Tidigare uppskattningar av koldioxidnivåer från miljarder år sedan är beroende av paleosoler, eller gamla jordar, vilket bättre kan återspegla förhållandena i den lägre atmosfären. Regionala skillnader som väder eller marktäckning kan också påverka paleosoler, och resultaten från dessa studier motsäger ofta varandra och klimatmodeller, sa forskarna.

"Det började bli svårt att lista ut var överensstämmelsen skulle ha varit mellan olika paleosolstudier och klimatmodeller, " sa Payne. "Det här är intressant, eftersom det är en ny jämförelsepunkt. Det kan hjälpa oss att hitta det rätta svaret om atmosfärisk koldioxid i det djupa förflutna."