Кредитна слика: Станфорд
Ако би временска машина могла да нас врати 4,6 милијарди година до рођења Земље, видели бисмо да наше сунце сија 20 до 25 процената мање јаче него данас. Без земаљског стакленика који би заробио сунчеву енергију и загрејао атмосферу, наш свет би био ледена куглица леда. Живот се можда никада није развио.
Али живот се развијао, па су стакленички гасови сигурно били около да би загревали Земљу. Докази из геолошког записа указују на обиље угљен-диоксида са ефектом стаклене баште. Вероватно је био присутан и метан, али тај стакленички гас не оставља довољно геолошког трага да се са сигурношћу може открити. Молекуларног кисеоника није било около, указују на стијене из доба које садрже гвожђе-карбонат уместо гвожђе-оксида. Камени отисци протока, течних океана и минерала насталих испаравањем потврђују да је Земља пре 3 милијарде година била довољно топла за течну воду.
Сада, геолошки запис откривен у неким најстаријим стијенама Земље говори изненађујућу причу о пропадању тог стакленика - и његовој каснијој обнови. Али још више изненађује, кажу Станфорд научници који извештавају о овим налазима у броју за мај „Геологи“ за мај 25. маја, је критична улога коју су камење играле у еволуцији ране атмосфере.
"Ово је први пут да смо покушали да саставимо слику како рана атмосфера, рана клима и рана континентална еволуција иду руку под руку", рекао је Доналд Р. Лове, професор геолошких и наука о животној средини који је написао папир са Мицхаелом М. Тицеом, дипломцем који је истраживао рани живот. НАСА-ин програм егзобиологије финансирао је њихов рад. „У геолошкој прошлости, клима и атмосфера су заиста дубоко утицали развојем континената.“
Рекорд у стенама
Да састави геолошке трагове о томе каква је била рана атмосфера и како се развијала, Лове, теренски геолог, провео је практично свако лето од 1977. у Јужној Африци или Западној Аустралији скупљајући стене које су, буквално, старије од брда. Неке од најстаријих стијена на Земљи, старе су око 3,2 до 3,5 милијарди година.
"Што даље идете, генерално теже је пронаћи верни запис, камење које није искривљено и исцеђено и метаморфозирано и на други начин измењено", каже Лове. "Гледамо уназад само онолико колико иде седиментни запис."
Након мерења и мапирања стена, Лове враћа узорке на Станфорд да би се исекли на делове тако танке да се њихове особине могу открити под микроскопом. Сарадници учествују у геохемијским и изотопским анализама и рачунарском моделирању које даље откривају историју стена.
Геолошки запис говори причу у којој су континенти уклањали угљен-диоксид стаклене баште из ране атмосфере која је могла бити врућа од 70 степени Целзијуса. У то време Земља је била углавном океан. Било је превише вруће да би било каквих поларних ледених капа. Лове претпоставља да је киша комбинована са атмосферским угљен-диоксидом да би направила угљеничну киселину која је истрошила стрше планине новоформиране континенталне коре. Угљична киселина се дисоцирала да би формирала водоничне јоне који су се нашли у структурама минерала који су временски утицали, и бикарбонат који је однесен низ реке и потоке депонован у вапненац и друге минерале у океанским седиментима.
Временом су се велике плоче океанске коре срушиле или потиснуле у Земљин плашт. Угљеник који је био закључан у овој кори је у суштини изгубљен, везан током 60 милиона година или толико да је било потребно да се минерали рециклирају на површину или избаце из вулкана.
Врућа рана атмосфера вероватно је садржавала и метан, каже Лове. Како су нивои угљен-диоксида падали услед временских непогода, у неком тренутку су нивои угљен-диоксида и метана постали приближно једнаки, претпостављао је. Због тога се метан аеросолизује у ситне честице, стварајући измаглицу сличну оној која је данас присутна у атмосфери Сатурновог месеца Титан. Овај „Титанов ефекат“ догодио се на Земљи пре 2,7 до 2,8 милијарди година.
Титан ефект уклања метан из атмосфере и измаглица је филтрирала светлост; обоје су изазвали додатно хлађење, можда пад температуре од 40 до 50 степени Целзијуса. На крају, пре око 3 милијарде година, стакленик се управо срушио, Лове и Тице теоретизирају, а прво ледење на Земљи могло се догодити пре 2,9 милијарди година.
Пораст након пада
Овде стијене откривају необичан заплет у причи - евентуална регенерација стакленика. Подсетимо се да је пре 3 милијарде година Земља у суштини била водени свет. Није било биљака или животиња које би утицале на атмосферу. Чак се и алге још нису развијале. Примитивни фотосинтетски микроби били су око и можда су играли улогу у стварању метана и мањој употреби угљен-диоксида.
Све док су се настављала брза континентална времена, карбонат се таложио на океанској кори и подводио у оно што Лове назива "великим складиштем ... које је чувало већину угљен-диоксида из атмосфере."
Али како се угљен-диоксид уклањао из атмосфере и убацио у стене, временске неприлике успоравале су - мање је угљеничне киселине да би еродирало планине и планине су постајале све ниже. Али вулкани су у атмосферу још увек сипали велике количине угљеника из рециклиране океанске коре.
„Тако се на крају ниво угљен диоксида поново повећава“, каже Лове. „Можда се никада неће вратити на свој пуни славни ниво од 70 степени Целзијуса, али вероватно се попео да би Земља поново загрејала.“
Овог лета Лове и Тице ће прикупљати узорке који ће им омогућити да одреде температуру овог временског интервала, пре око 2,6 до 2,7 милијарди година, како би добили бољу представу о томе колико је врућа Земља.
Нови континенти су се формирали и опколили, поново узимајући угљен-диоксид из атмосфере. Пре око 3 милијарде година можда се формирало 10 или 15 процената данашњег подручја Земље у континенталној кори. Пре 2,5 милијарде година формирала се огромна количина нове континенталне коре - око 50 до 60 процената данашње површине континенталне коре. Током овог другог циклуса, пробијање веће количине стене проузроковало је још веће атмосферско хлађење, подстичући дубоко глацијације пре отприлике 2,3 до 2,4 милијарде година.
У последњих неколико милиона година осцилирали смо напред и назад између глацијалне и међуглацијалне епохе, каже Лове. Тренутно смо у међуглацијалном периоду. То је транзиција - а научници и даље покушавају да схвате величину глобалних климатских промена узрокованих људима у новијој историји, у поређењу с онима које су током векова изазвали природни процеси.
"Сметамо систему брзином која знатно прелази оне које су карактерисале климатске промене у прошлости," рекао је Лове. „Ипак, скоро сви експерименти, готово све варијације и све климатске промене које данас покушавамо да разумемо су се догодили и раније. Природа је већину ових експеримената већ урадила. Ако можемо да анализирамо древну климу, атмосферске композиције и интеракцију коре, атмосфере, живота и климе у геолошкој прошлости, можемо да предузмемо неке прве кораке у разумевању онога што се догађа данас и вероватно ће се догодити сутра. "
Изворни извор: Станфорд Невс Релеасе
