Attēla kredīts: Stenforda
Ja laika mašīna varētu mūs nogādāt 4,6 miljardus gadu atpakaļ uz Zemes dzimšanu, mēs redzētu, ka mūsu saule spīd par 20 līdz 25 procentiem mazāk spoži nekā šodien. Bez zemes siltumnīcas, kas ieslodzītu saules enerģiju un sildītu atmosfēru, mūsu pasaule būtu vērpjoša ledus bumba. Iespējams, ka dzīve nekad nav attīstījusies.
Bet dzīve tomēr attīstījās, tāpēc siltumnīcefekta gāzēm vajadzēja būt apkārt, lai sasildītu Zemi. Ģeoloģiskās dokumentācijas dati liecina par siltumnīcefekta gāzu oglekļa dioksīda pārpilnību. Droši vien, ka klāt bija arī metāns, taču siltumnīcefekta gāze neatstāj pietiekami daudz ģeoloģiskās pēdas, lai to droši noteiktu. Molekulārā skābekļa nebija apkārt, norāda uz laikmeta iežiem, kuros dzelzs oksīda vietā ir dzelzs karbonāts. Akmens pirkstu nospiedumi no plūstošām straumēm, šķidri okeāni un minerāli, kas veidojas iztvaikošanas laikā, apstiprina, ka pirms 3 miljardiem gadu Zeme bija pietiekami silta šķidram ūdenim.
Tagad ģeoloģiskais ieraksts, kas atklāts dažos no Zemes vecākajiem iežiem, stāsta pārsteidzošu stāstu par šīs siltumnīcas sabrukšanu un turpmāko reģenerāciju. Bet vēl pārsteidzošāk ir teikt, ka Stenfordas zinātnieki, kuri ziņo par šiem atradumiem žurnāla Geology 25. maija numurā, ir kritiskā loma, kuru klintis spēlēja agrīnās atmosfēras evolūcijā.
"Šī patiešām ir pirmā reize, kad mēs esam mēģinājuši apkopot priekšstatu par to, kā agrīnā atmosfēra, agrīnais klimats un agrīnā kontinentālā evolūcija gāja roku rokā," sacīja Donalds R. Lowe, ģeoloģijas un vides zinātnes profesors, kurš rakstīja raksts ar Maiklu M. Tīzi, maģistrantu, kurš pēta agrīno dzīvi. Viņu darbu finansēja NASA eksobioloģijas programma. "Ģeoloģiskajā pagātnē kontinentu attīstība patiešām nopietni ietekmēja klimatu un atmosfēru."
Ieraksts klintīs
Lai apkopotu ģeoloģiskos cēloņus par to, kāda bija agrīnā atmosfēra un kā tā attīstījās, lauka ģeologs Lowe kopš 1977. gada praktiski katru vasaru ir pavadījis Dienvidāfrikā vai Austrālijas rietumos, vācot klintis, kas burtiski ir vecāki par kalniem. Daži no Zemes vecākajiem iežiem ir aptuveni 3,2 līdz 3,5 miljardi gadu veci.
"Jo tālāks ir ceļš, jo grūtāk ir atrast ticamu ierakstu - klintis, kas nav savīti un saspiesti, kā arī pārveidoti un citādi pārveidoti," saka Lowe. "Mēs skatāmies atpakaļ tikpat tālu kā nogulumiežu reģistrs."
Pēc akmeņu mērīšanas un kartēšanas, Lowe nogādā paraugus atpakaļ Stenfordā, lai tos sagrieztu tik plānās daļās, ka to īpašības var atklāt mikroskopā. Līdzstrādnieki piedalās ģeoķīmiskajās un izotopiskajās analīzēs un datoru modelēšanā, kas vēl vairāk atklāj iežu vēsturi.
Ģeoloģiskais ieraksts stāsta par stāstu, kurā kontinenti no agrīnās atmosfēras izņēma siltumnīcefekta gāzu oglekļa dioksīdu, kas varētu būt bijis tik karsts kā 70 grādi pēc Celsija (158 F). Šajā laikā Zeme galvenokārt bija okeāns. Bija pārāk karsts, lai būtu kādi polārie ledus vāciņi. Lowe izvirza hipotēzi, ka lietus apvienojumā ar atmosfēras oglekļa dioksīdu rada ogļskābi, kas laika apstākļus nodrošināja no jauna izveidotās kontinentālās garozas kalniem. Oglekļa skābe disociējās, veidojot ūdeņraža jonus, kas nokļuva atmosfēras ietekmējošo minerālu struktūrā, un bikarbonātu, kas tika novadīts upēs un straumēs, lai nogultu kā kaļķakmens un citas minerālvielas okeāna nogulumos.
Laika gaitā lielas okeāna garozas plātnes tika novilktas vai pakļautas Zemes mantijai. Šajā garozā iestiprinātais ogleklis būtībā tika zaudēts, piesaistīts apmēram 60 miljonu gadu garumā vai tā, ka minerālvielām vajadzēja atgriezties virszemē vai izplūst caur vulkāniem.
Karstajā agrīnajā atmosfērā, iespējams, atradās arī metāns, saka Lowe. Tā kā laika apstākļu ietekmē samazinājās oglekļa dioksīda līmenis, oglekļa dioksīda un metāna līmenis kādā brīdī kļuva aptuveni vienāds, viņš minē. Tas izraisīja metāna aerosolizāciju smalkās daļiņās, radot miglu līdzīgu tam, kas šodien atrodas Saturna mēness Titāna atmosfērā. Šis “Titāna efekts” notika uz Zemes pirms 2,7 līdz 2,8 miljardiem gadu.
Titāna efekts metānu izņēma no atmosfēras, un migla filtrēja gaismu; abi izraisīja turpmāku atdzišanu, iespējams, temperatūras pazemināšanās no 40 līdz 50 grādiem pēc Celsija. Galu galā, apmēram pirms 3 miljardiem gadu, siltumnīca tikko sabruka, Lode un Tīza teorizējās, un Zemes pirmais apledojums varēja notikt pirms 2,9 miljardiem gadu.
Pieaugums pēc kritiena
Šeit klintis atklāj nepāra sižetu - iespējamu siltumnīcas atjaunošanos. Atgādiniet, ka pirms 3 miljardiem gadu Zeme būtībā bija Ūdens pasaule. Neviens augs vai dzīvnieks neietekmēja atmosfēru. Pat aļģes vēl nebija attīstījušās. Apkārt bija primitīvi fotosintētiski mikrobi, un tam, iespējams, bija loma metāna veidošanā un nelielā daudzumā oglekļa dioksīda izmantošanā.
Kamēr turpinājās strauji kontinentālie laika apstākļi, karbonāts tika nogulsnēts uz okeāna garozas un pakļauts tam, ko Lowe sauc par “lielu krātuvi…, kas lielāko daļu oglekļa dioksīda uzturēja ārpus atmosfēras”.
Tā kā oglekļa dioksīds tika izvadīts no atmosfēras un iekļauts klintī, laika apstākļu palēnināšanās notika - kalnos erozijas bija mazāk ogļskābes, un kalni kļuva zemāki. Bet vulkāni joprojām atmosfērā iekļāva lielu oglekļa daudzumu no pārstrādātas okeāna garozas.
"Tātad galu galā oglekļa dioksīda līmenis atkal palielinās," saka Lowe. "Iespējams, ka tā nekad neatgriezīsies līdz pilnīgajam krāšņajam 70 grādiem pēc Celsija līmeņa, taču, iespējams, tas uzkāpa, lai Zeme atkal būtu silta."
Šovasar Lowe un Tice savāks paraugus, kas viņiem ļaus noteikt šī laika intervāla temperatūru pirms aptuveni 2,6 līdz 2,7 miljardiem gadu, lai iegūtu labāku priekšstatu par to, cik karsta bija Zeme.
Veidojās un laika apstākļi radīja jaunus kontinentus, atkal izvadot oglekļa dioksīdu no atmosfēras. Apmēram pirms 3 miljardiem gadu bija izveidojušies varbūt 10 vai 15 procenti no pašreizējā Zemes apgabala kontinentālajā garozā. Pirms 2,5 miljardiem gadu bija izveidojies milzīgs daudzums jaunu kontinentālās garozas - apmēram 50 līdz 60 procenti no pašreizējās kontinentālās garozas teritorijas. Otrā cikla laikā lielāka akmeņu daudzuma atmosfēras dzesēšana izraisīja vēl lielāku atmosfēras dzesēšanu, izraisot pamatīgu apledojumu pirms aptuveni 2,3–2,4 miljardiem gadu.
Pēdējo dažu miljonu gadu laikā mēs esam svārstījušies uz priekšu un atpakaļ starp ledāju un starpledus laikiem, saka Lowe. Šobrīd mēs atrodamies starplaku periodā. Tā ir pāreja - un zinātnieki joprojām mēģina izprast globālo klimata pārmaiņu, ko nesenā vēsturē izraisījuši cilvēki, lielumu, salīdzinot ar dabisko procesu izraisītajām izmaiņām gadu gaitā.
"Mēs traucējam sistēmai ar ātrumu, kas ievērojami pārsniedz tos, kas iepriekš raksturoja klimatiskās izmaiņas," sacīja Lowe. “Neskatoties uz to, praktiski visi eksperimenti, praktiski visi varianti un visas klimata izmaiņas, kuras mēs šodien cenšamies saprast, ir notikuši jau iepriekš. Daba lielāko daļu šo eksperimentu jau ir veikusi. Ja mēs varam analizēt senos klimatiskos apstākļus, atmosfēras kompozīcijas un garoza, atmosfēras, dzīves un klimata savstarpējo mijiedarbību ģeoloģiskajā pagātnē, mēs varam spert dažus pirmos soļus, lai izprastu, kas notiek šodien un, iespējams, notiks rīt. ”
Oriģinālais avots: Stenfordas ziņu izlaidums
