Kreditna slika: Stanford
Ako bi nam vremenski stroj mogao vratiti 4,6 milijardi godina do rođenja Zemlje, vidjeli bismo da naše sunce sja 20 do 25 posto manje sjajno nego danas. Bez zemaljskog staklenika koji bi hvatao energiju sunca i zagrijavao atmosferu, naš bi svijet bio okretna kuglica leda. Život se možda nikad nije razvio.
Ali život se razvijao, pa su staklenički plinovi sigurno bili okolo da bi zagrijali Zemlju. Dokazi iz geološkog zapisa ukazuju na obilje ugljičnog dioksida stakleničkih plinova. Metan je vjerojatno bio prisutan i on, ali taj staklenički plin ne ostavlja dovoljno geološkog traga da se sa sigurnošću otkrije. Molekularnog kisika nije bilo okolo, ukazuju na stijene iz doba koje sadrže željezni karbonat umjesto željezovog oksida. Kameni otisci protoka, tekućih oceana i minerala nastalih isparavanjem potvrđuju da je Zemlja prije 3 milijarde godina bila dovoljno topla za tekuću vodu.
Sada, geološki zapis otkriven u nekim najstarijim stijenama Zemlje govori iznenađujuću priču o propadanju tog staklenika - i njegovoj kasnijoj obnovi. No, što je još iznenađujuće, kažu Stanfordski znanstvenici koji izvještavaju o tim nalazima u broju za maj od 20. svibnja časopisa Geology, kritična je uloga koju su stijene igrale u evoluciji rane atmosfere.
"Ovo je prvi put da smo pokušali sastaviti sliku kako rana atmosfera, rana klima i rana kontinentalna evolucija idu ruku pod ruku", rekao je Donald R. Lowe, profesor geoloških i ekoloških znanosti koji je napisao rad s Michaelom M. Ticeom, diplomcem koji je istraživao rani život. NASA-in program egzobiologije financirao je njihov rad. "U geološkoj prošlosti, klima i atmosfera zaista su duboko utjecali razvojem kontinenata."
Rekord u stijenama
Da sastavi geološke tragove o tome kakav je bio rani ugođaj i kako se razvijao, Lowe, terenski geolog, proveo je gotovo svako ljeto od 1977. u Južnoj Africi ili zapadnoj Australiji skupljajući stijene koje su, doslovno, starije od brda. Neke od najstarijih stijena na Zemlji, stare su oko 3,2 do 3,5 milijardi godina.
"Što dalje idete, općenito teže je pronaći vjerni zapis, stijene koje nisu iskrivljene i stisnute, metamorfozirane i drugačije izmijenjene", kaže Lowe. "Gledamo unatrag samo onoliko koliko ide sedimentni zapis."
Nakon mjerenja i mapiranja stijena, Lowe vraća uzorke na Stanford kako bi ih posjekao na tako tanke dijelove da se njihove značajke mogu otkriti pod mikroskopom. Suradnici sudjeluju u geokemijskim i izotopskim analizama i računalnom modeliranju koje dodatno otkrivaju povijest stijena.
Geološki zapis govori o povijesti u kojoj su kontinenti uklanjali ugljični dioksid stakleničke plinove iz rane atmosfere koja je mogla biti vruća čak 70 stupnjeva Celzijusa. U to je vrijeme Zemlja bila uglavnom ocean. Bilo je previše vruće da bi bilo kakvih polarnih ledenih kapa. Lowe pretpostavlja da je kiša kombinirana s atmosferskim ugljičnim dioksidom stvorila ugljičnu kiselinu koja je istrošila juteće planine novostvorene kontinentalne kore. Ugljična kiselina disocirala je da tvori vodikove ione koji su se našli u strukturama minerala koji su vremenski utjecali, i bikarbonat, koji se odvodio niz rijeke i potoke i odlagao kao vapnenac i druge minerale u oceanske sedimente.
Vremenom su se velike ploče oceanske kore srušile ili oduzele u Zemljino plašte. Ugljik koji je bio zaključan u ovoj kore u biti je izgubljen, vezan 60 milijuna godina ili toliko da je bilo potrebno da se minerali recikliraju na površinu ili izbace iz vulkana.
Vruća rana atmosfera vjerojatno je sadržavala i metan, kaže Lowe. Kako su razine ugljičnog dioksida padale zbog vremenskih nepogoda, u nekom su trenutku razine ugljičnog dioksida i metana postale približno jednake, pretpostavljao je. Zbog toga se metan aerosolizira u sitne čestice, stvarajući maglu sličnu onoj koja je danas prisutna u atmosferi Saturnovog Mjeseca Titana. Ovaj "Titanov efekt" dogodio se na Zemlji prije 2,7 do 2,8 milijardi godina.
Titan efekt uklanja metan iz atmosfere i izmaglica je filtrirala svjetlost; oboje su uzrokovali daljnje hlađenje, možda pad temperature od 40 do 50 Celzijevih stupnjeva. Naposljetku, prije otprilike 3 milijarde godina, staklenik se upravo srušio, Lowe i Tice teoretiziraju, a prvo ledenje na Zemlji moglo se dogoditi prije 2,9 milijardi godina.
Uspon nakon pada
Ovdje stijene otkrivaju neobičan zaplet u priči - eventualna regeneracija staklenika. Podsjetimo da je prije 3 milijarde godina Zemlja u biti bila vodeni svijet. Nije bilo biljaka ili životinja koje bi utjecale na atmosferu. Čak se i alge još nisu razvile. Primitivni fotosintetski mikrobi bili su oko i možda su igrali ulogu u stvaranju metana i manjoj upotrebi ugljičnog dioksida.
Sve dok su se nastavila brza kontinentalna vremena, karbonat se taložio na okeanskoj kori i podvodio u ono što Lowe naziva "velikim skladištem ... koje je čuvalo većinu ugljičnog dioksida iz atmosfere."
No kako se ugljični dioksid uklanjao iz atmosfere i ugrađivao u stijene, vremenski uvjeti usporavali - planinama je manje ugljične kiseline erodiralo, a planine su postajale sve niže. Ali vulkani su u atmosferu još uvijek izbacivali velike količine ugljika iz reciklirane oceanske kore.
"Na kraju, razina ugljičnog dioksida opet poraste", kaže Lowe. "Možda se nikad neće vratiti na svoj puni slavni stupanj Celzijevih 70 stupnjeva, ali vjerojatno se popeo kako bi Zemlja ponovno ugrijala."
Ovog ljeta Lowe i Tice prikupljat će uzorke koji će im omogućiti da odrede temperaturu ovog vremenskog intervala, prije otprilike 2,6 do 2,7 milijardi godina, kako bi dobili bolju predodžbu o tome koliko vruće Zemlje ima.
Novi kontinenti formirali su se i oplodili, opet uzimajući ugljični dioksid iz atmosfere. Prije otprilike 3 milijarde godina, možda je formirano 10 ili 15 posto sadašnjeg područja Zemlje u kontinentalnoj kori. Prije 2,5 milijarde godina formirala se ogromna količina nove kontinentalne kore - oko 50 do 60 posto današnje površine kontinentalne kore. Tijekom ovog drugog ciklusa, uzdržavanje veće količine stijena prouzročilo je još veće atmosfersko hlađenje, potaknuvši duboko ledenje prije otprilike 2,3 do 2,4 milijarde godina.
Tijekom posljednjih nekoliko milijuna godina oscilirali smo naprijed i nazad između glacijalne i međuglacijalne epohe, kaže Lowe. Trenutno smo u međuglacijalnom razdoblju. To je tranzicija - a znanstvenici i dalje pokušavaju shvatiti veličinu globalnih klimatskih promjena koje su ljudi uzrokovali u novijoj povijesti u usporedbi s onima koje su uzrokovali prirodni procesi tijekom stoljeća.
"Mi uznemiravamo sustav brzinom koja znatno prelazi one koje su obilježile klimatske promjene u prošlosti," rekao je Lowe. "Bez obzira na to, gotovo se svi eksperimenti, gotovo sve varijacije i sve klimatske promjene koje danas pokušavamo razumjeti dogodili. Priroda je većinu ovih eksperimenata već napravila. Ako možemo analizirati drevne klime, atmosferske sastave i međusobnu interakciju kore, atmosfere, života i klime u geološkoj prošlosti, možemo poduzeti neke prve korake u razumijevanju onoga što se događa danas, a vjerojatno će se dogoditi i sutra. "
Izvorni izvor: Stanford News Release
