مسودة
تشير الأدلة الجيولوجية إلى وجود ماء سائل بالقرب من سطح الأرض منذ حوالي 4.4 مليار سنة، عندما كانت الشمس الفتية الخافتة تشع فقط حوالي 70% من قدرتها الحالية. في تلك الفترة، كان من المفترض أن تكون الأرض كرة ثلجية عالمية إذا كانت تمتلك خصائص غلاف جوي مشابهة للأرض الحديثة. تم اقتراح تأثير دفيئة جوي شديد، أو شمس أكثر كتلة في البداية، أو إطلاق حرارة مكتسبة أثناء عملية التراكم الكوكبي، أو النشاط الإشعاعي لمواد الأرض المبكرة كمصادر أو مصائد للحرارة. حتى الآن، لا تزال مفارقة الشمس الفتية الخافتة تمثل مشكلة هامة في فهمنا لأصل الحياة على الأرض. هنا نستخدم نظرية المد والجزر ذات الطور الثابت لاستكشاف إمكانية أن القمر الوليد، الذي تشكل بعد حوالي 69 مليون سنة من اشتعال الشمس، قد ولّد احتكاكاً مدياً شديداً – وبالتالي حرارة – في الأرض الهادئية وربما الأركية. نُظهر أن نظام الأرض-القمر فقد {\sim}3\times 10^{31} جول (99% من ميزانيته الميكانيكية الأولية) كحرارة مدية. يمكن أن يكون التسخين المدّي بمعدل {\sim}10\,{\rm W\,m}^{-2} عبر السطح وعلى مدى 100 مليون سنة قد أدى إلى زيادة في درجة الحرارة تصل إلى 5^\circم على الأرض المبكرة. هذا التأثير وحده لا يحل مفارقة الشمس الفتية الخافتة، لكنه ربما لعب دوراً محورياً بالتكامل مع تأثيرات أخرى. قد تساعد الدراسات المستقبلية لتداخل التسخين المدّي وتطور قدرة الشمس وتأثيرات الغلاف الجوي (الدفيئة) على الأرض المبكرة في حل مفارقة الشمس الفتية الخافتة.
تُظهر السجلات الجيولوجية، مثل بيانات نظائر الأكسجين (\delta^{18}O) المستخرجة من الزركون، أن الماء السائل كان موجوداً على سطح الأرض منذ 4.4 مليار سنة (جيجا سنة مضت، Ga)1 . لم يكن هذا الماء نقياً عند درجة حرارة وضغط الغرفة، بل كان مزيجاً عالي الحرارة (300–450 كلفن) وعالي الضغط ({\sim}500 بار) من H_2O وCO_2. اقترح أن CO_2 أُزيل تدريجياً خلال {\sim}100 مليون سنة لتكوين صخور كربوناتية، رغم أن ذلك غير موثق في السجل الصخري. قد تكون الحياة ظهرت منذ 3.8 إلى 3.5 مليار سنة كما تشير بصمات حيوية محتملة (خاصة المادة العضوية ونسبة نظائر الكربون) محفوظة في صخور قديمة ، كما أن الحياة المائية المتنوعة كانت راسخة بالتأكيد بحلول 3.5–3.4 مليار سنة، كما يتضح من البصمات الحيوية العضوية والحصائر الميكروبية الأحفورية . تشير نسب نظائر ^{18}O/^{16}O في الشيرت والكربونات البحرية إلى درجات حرارة محيطية أركية بين 50^\circم و85^\circم ، رغم أن مدى ودوام هذه الظروف لا يزال غير واضح . علاوة على ذلك، لا يوجد دليل على حدوث تجلدات حتى حوالي 2.9 مليار سنة .
نستخدم في هذه المخطوطة مقياسين زمنيَين، أحدهما يُستخدم عادة في الفيزياء الفلكية والآخر في علوم الأرض. الأول هو الزمن بعد تشكل الشمس، ويُقاس بوحدات مليون سنة (Myr) أو مليار سنة (Gyr). الثاني هو الزمن قبل الحاضر، ويُرمز له بـ "Ga" أي جيجا-أنوم . نستخدم Ga للدلالة على "مليار سنة مضت" أو "عمر بمليار سنة". للتحويل بين المقياسين نستخدم عمر شمسي قدره 4.567\,(\pm\,0.06) مليار سنة حسب قياسات نظائر الرصاص في نيزك أليندي .↩︎
تُعد تشكلات البازلت الوسادي ظاهرة واسعة الانتشار في محيطات اليوم وقد لوحظت ووثقت في العديد من المواقع . من المهم أن هذه العملية تقتصر على المناطق السطحية تحت الماء لأنها تتطلب ماءً سائلاً ومساحة لتشكل الوسائد. لهذه الأسباب، نعتبر البازلت الوسادي مؤشراً جيولوجياً قوياً على وجود الماء السائل في بيئات سطح الأرض المبكرة أيضاً.↩︎
الإصدار هو نسبة الإشعاع الحراري من سطح بدرجة حرارة معينة إلى الإشعاع من جسم أسود عند نفس درجة الحرارة.↩︎
لم يُظهر في الشكل 2 التغير في توزيع الطاقة الطيفية للشمس، والذي ربما كان له أيضاً تأثير كبير على تطور كيمياء الغلاف الجوي للأرض وبالتالي على المناخ. على سبيل المثال، كان الإشعاع عالي الطاقة (قصير الطول الموجي، \lambda<100 نانومتر) من الشمس المبكرة ({\sim}4 مليار سنة مضت وما قبلها) أقوى بـ 100 إلى 1000 مرة مما هو عليه اليوم .↩︎
تساهم المد والجزر التي تثيرها الشمس أيضاً في تبدد الطاقة في دوران الأرض، لكن المد والجزر الشمسية كانت فقط بنسبة مئوية منذ تشكل نظام الأرض-القمر .↩︎
هنا وفيما يلي، تُرمز الكميات المتعلقة بنظام الأرض-القمر المبكر بعلامة (') '.↩︎
درسنا أيضاً اختيارات بديلة لـ Q_\oplus. ومن المثير للاهتمام أنه مهما كانت القيمة المعقولة التي اخترناها (1.2، 12، 120) بقي مسار معدلات التسخين المدّي شبه ثابت. السبب في ذلك هو التغير المصاحب في معدل التطور المداري: إذا زاد Q_\oplus (أو نقص)، ينخفض (أو يزيد) معدل التوسع المداري. ونتيجة لذلك، في أي لحظة زمنية، يكون التسخين المدّي أعلى (أو أقل) بسبب تغير Q_\oplus، لكن هذا التغير يُعوض تقريباً تماماً بتغير نصف المحور المداري. في الواقع، يتغير التسخين المدّي فقط بعدة أضعاف حتى لو غيرنا Q_\oplus بمرتبة كاملة.↩︎