Kreditna slika: Stanford
Če bi nam časovni stroj lahko vrnil 4,6 milijarde let do rojstva Zemlje, bi videli, da naše sonce sije manj kot 20 do 25 odstotkov manj kot danes. Brez zemeljskega rastlinjaka, ki bi ujel sončno energijo in ogreval ozračje, bi bil naš svet vrteča se kroglica ledu. Življenje se morda nikoli ni razvilo.
Toda življenje se je razvijalo, zato so toplogredni plini morali biti okoli, da bi ogrevali Zemljo. Dokazi iz geološkega zapisa kažejo na veliko ogljikovega dioksida s toplogrednimi plini. Verjetno je bil prisoten tudi metan, toda toplogredni plin ne pušča dovolj geološkega odtisa, da bi ga zanesljivo zaznali. Molekularnega kisika ni bilo okoli, nakažite kamnine iz dobe, ki vsebujejo železov karbonat namesto železovega oksida. Kamniti prstni odtisi tekočih potokov, tekočih oceanov in mineralov, nastalih pri izhlapevanju, potrjujejo, da je bila Zemlja pred tremi milijardami let Zemlja dovolj topla za tekočo vodo.
Zdaj geološki zapis, ki je bil razkrit v nekaterih najstarejših Zemljinih kamninah, pripoveduje presenetljivo zgodbo o propadu tega rastlinjaka - in njegovem nadaljnjem obnavljanju. Še bolj presenetljivo pa je, pravijo Stanfordski znanstveniki, ki poročajo o teh ugotovitvah v 25. majski številki revije Geology, kritično vlogo, ki so jo skale odigrale v evoluciji zgodnje atmosfere.
"To je res prvič, da smo poskušali sestaviti sliko o tem, kako so zgodnja atmosfera, zgodnje podnebje in zgodnja celinska evolucija šli skupaj," je dejal Donald R. Lowe, profesor geoloških in okoljskih znanosti, ki je napisal prispevek z Michaelom M. Ticeom, diplomantom, ki raziskuje zgodnje življenje. Nasin program za eksobiologijo je financiral njihovo delo. "Razvoj celin je v geološki preteklosti na podnebje in ozračje resnično močno vplival."
Zapis v skalah
Da bi sestavili geološke namige o tem, kakšno je bilo zgodnje ozračje in kako se je razvijalo, je Lowe, terenski geolog, praktično vsako poletje od leta 1977 v Južni Afriki ali zahodni Avstraliji preživel zbiranje kamnin, ki so dobesedno starejše od hribov. Nekatere najstarejše Zemljine skale so stare od 3,2 do 3,5 milijarde let.
"Ko boste šli naprej, je na splošno težje najti zvest zapis, kamnine, ki niso bile zasukane in stisnjene ter metamorfozirane in drugače spremenjene," pravi Lowe. "Gledamo nazaj, kolikor gre za sedimentni zapis."
Po merjenju in preslikavi kamnin Lowe prinese vzorce nazaj v Stanford, da jih razreže na tako tanke odseke, da se lahko njihove lastnosti razkrijejo pod mikroskopom. Sodelavci sodelujejo pri geokemijskih in izotopskih analizah in računalniškem modeliranju, ki še bolj razkrivajo zgodovino kamnin.
Geološki zapis govori o zgodbi, v kateri so celine odstranile ogljikov dioksid iz toplogrednih plinov iz zgodnje atmosfere, ki je bila lahko tako vroča kot 70 stopinj Celzija (158 F). V tem času je bila Zemlja večinoma ocean. Bilo je prevroče, da bi imeli kakršne koli polarne ledene kape. Lowe domneva, da je dež v kombinaciji z atmosferskim ogljikovim dioksidom ustvaril ogljikovo kislino, ki je prenašala goreče novopečene celinske skorje. Ogljikova kislina se je disocirala, da tvorita vodikove ione, ki so se znašli v strukturah mineralov, ki oddajajo vremenske vplive, in bikarbonat, ki se je prenašal po rekah in potokih, da se je odložil kot apnenec in druge minerale v oceanske usedline.
Sčasoma so se velike plošče oceanske skorje spuščale ali zatrle v Zemljino plašč. Ogljik, ki se je zapiral v to skorjo, je bil v bistvu izgubljen, vezan 60 milijonov let ali približno toliko, da so minerali potrebovali, da so se ponovno reciklirali na površje ali pa iz vulkanov iztržili.
Vroča zgodnja atmosfera je verjetno vsebovala tudi metan, pravi Lowe. Ko se je raven ogljikovega dioksida zaradi vremenskih vplivov znižala, so v nekem trenutku ravni ogljikovega dioksida in metana postale približno enake, domneva. Zaradi tega se je metan aerosoliziral v drobne delce, kar je ustvarilo meglico, podobno tisti, ki je danes prisotna v atmosferi Saturnovega Luna Titana. Ta "Titanov učinek" se je na Zemlji zgodil 2,7 do 2,8 milijarde let.
Titan efekt je odstranil metan iz ozračja in meglica je filtrirala svetlobo; oboje je povzročilo nadaljnje hlajenje, morda padec temperature od 40 do 50 stopinj Celzija. Sčasoma se je približno 3 milijarde let rastlinjak le sesedel, Lowe in Tice teoretizirata, in prvo glaciranje Zemlje se je morda zgodilo pred 2,9 milijarde let.
Vzpon po padcu
Tu skale razkrivajo nenavaden zasuk v zgodbi - morebitna regeneracija rastlinjaka. Spomnimo se, da je bila Zemlja pred tremi milijardami let v bistvu vodni svet. Ni bilo rastlin ali živali, ki bi vplivale na ozračje. Tudi alge se še niso razvile. Primitivni fotosintetski mikrobi so bili okoli in so morda igrali vlogo pri tvorbi metana in manjši uporabi ogljikovega dioksida.
Dokler se je nadaljevalo hitro kontinentalno vreme, se je karbonat odložil na oceansko skorjo in se podredil tistemu, kar Lowe imenuje "veliko skladišče ... ki je večino ogljikovega dioksida odstranilo iz ozračja."
Ker pa je bil ogljikov dioksid odstranjen iz ozračja in vgrajen v kamnine, se je vremensko dogajanje upočasnilo - gore je bilo manj ogljikove kisline in gore so postajale nižje. Toda vulkani so v atmosfero še vedno izlivali velike količine ogljika iz reciklirane oceanske skorje.
"Tako se sčasoma raven ogljikovega dioksida spet dvigne," pravi Lowe. "Mogoče se ne bo vrnil na svojo popolno 70-stopinjsko stopinjo Celzija, vendar se je verjetno povzpel, da bo Zemlja spet ogrela."
To poletje bodo Lowe in Tice zbrali vzorce, ki jim bodo omogočili, da določijo temperaturo tega časovnega intervala, približno 2,6 do 2,7 milijard let, da bi dobili boljšo predstavo o tem, kako vroča je Zemlja.
Nove celine so se oblikovale in utrgale in spet odvzele ogljikov dioksid iz ozračja. Pred približno tremi milijardami let se je oblikovalo morda 10 ali 15 odstotkov Zemljinega sedanjega območja v celinski skorji. Pred 2,5 milijarde let se je oblikovala ogromna količina nove celinske skorje - približno 50 do 60 odstotkov sedanje površine celinske skorje. V tem drugem ciklu je vremensko prezračevanje večje količine kamnine povzročilo še večje atmosfersko hlajenje, kar je spodbudilo globoko poledenitev pred približno 2,3 do 2,4 milijarde let.
V zadnjih nekaj milijonih let smo nihali naprej in nazaj med ledeniškimi in medgladejskimi epohami, pravi Lowe. Trenutno smo v medglavniškem obdobju. To je prehod - in znanstveniki še vedno poskušajo razumeti razsežnost globalnih podnebnih sprememb, ki jih povzročajo ljudje v novejši zgodovini, v primerjavi s tistimi, ki jih povzročajo naravni procesi skozi stoletja.
"Motimo sistem s stopnjami, ki močno presegajo tiste, ki so zaznamovale podnebne spremembe v preteklosti," je dejal Lowe. "Kljub temu so se skoraj vsi eksperimenti, skoraj vse variacije in podnebne spremembe, ki jih poskušamo razumeti danes, zgoditi že prej. Narava je večino teh poskusov že opravila. Če lahko analiziramo starodavno podnebje, atmosferske sestave in medsebojno delovanje med skorjo, ozračjem, življenjem in podnebjem v geološki preteklosti, lahko naredimo nekaj prvih korakov pri razumevanju dogajanja danes in verjetno, da se bo zgodilo jutri. "
Izvirni vir: Stanford News Release
