Kuvan luotto: Stanford
Jos aikakone voisi viedä meidät takaisin 4,6 miljardia vuotta maan syntymään, näkisimme aurinkoamme paistavan 20-25 prosenttia vähemmän kirkkaasti kuin tänään. Ilman maallista kasvihuonekaappausta, joka loukkaa auringon energiaa ja lämmittää ilmapiiriä, maailmamme olisi pyörivä jääpallo. Elämä ei ehkä ole koskaan kehittynyt.
Mutta elämä kehittyi, joten kasvihuonekaasujen on pitänyt olla lämmin maapallon lämmittämiseen. Geologisesta selvityksestä käy ilmi, että kasvihuonekaasujen hiilidioksidia on runsaasti. Luultavasti myös metaania oli läsnä, mutta kasvihuonekaasu ei jätä tarpeeksi geologista jalanjälkeä havaitakseen varmuudella. Molekulaarista happea ei ollut ympärillä, viittaavat aikakauden kiviin, jotka sisältävät rautakarbonaattia rautaoksidin sijaan. Höyrystymisestä muodostuvien virtaavien purojen, nestemäisten valtamerten ja mineraalien kivien sormenjäljet vahvistavat, että 3 miljardia vuotta sitten Maa oli tarpeeksi lämmin nestemäiseen veteen.
Nyt joidenkin maapallon vanhimmista kivistä paljastettu geologinen ennätys kertoo yllättävän tarinan kyseisen kasvihuoneen romahtamisesta - ja sen myöhemmästä uudistumisesta. Mutta vieläkin yllättävämpää, sanovat Stanfordin tutkijat, jotka raportoivat näistä löydöksistä Geology-lehden toukokuun 25. numerossa, on kriittinen rooli, jolla kivillä oli varhaisen ilmapiirin evoluutiossa.
"Tämä on todella ensimmäinen kerta, kun olemme yrittäneet koota kuvan siitä, kuinka varhainen ilmapiiri, varhainen ilmasto ja varhainen mannerosakehitys kulki käsi kädessä", kertoi geologisen ja ympäristötieteen professori Donald R. Lowe. paperi varhaista elämää tutkivan jatko-opiskelijan Michael M. Ticen kanssa. NASAn eksobiologiaohjelma rahoitti heidän työtä. "Manuaalien kehitys vaikutti geologiseen menneisyyteen ilmastoon ja ilmapiiriin todella syvästi."
Ennätys kivessä
Geologisten johtolankojen laatimiseksi siitä, millainen varhainen ilmapiiri oli ja miten se kehittyi, kenttägeologi Lowe on viettänyt käytännöllisesti joka kesä kesästä 1977 lähtien Etelä-Afrikassa tai Länsi-Australiassa keräten kiviä, jotka ovat kirjaimellisesti mäkiä vanhempia. Jotkut maapallon vanhimmista kivistä ovat noin 3,2 - 3,5 miljardia vuotta vanhoja.
"Mitä pidemmälle menette, yleensä sitä vaikeampaa on löytää uskollinen levy, kiviä, joita ei ole vääntynyt ja puristettu, muunnettu ja muuten muutettu", Lowe sanoo. "Etsimme taaksepäin melkein niin paljon kuin sedimenttirekisteri menee."
Kivien mittaamisen ja kartoittamisen jälkeen Lowe tuo näytteet takaisin Stanfordiin leikkaamaan osia niin ohuiksi, että niiden piirteet voidaan paljastaa mikroskoopilla. Yhteistyökumppanit osallistuvat geokemiallisiin ja isotooppisiin analyyseihin ja tietokonemallinnukseen, jotka paljastavat edelleen kivien historian.
Geologinen ennätys kertoo tarinan, jossa maanosat poistivat kasvihuonekaasujen hiilidioksidin varhaisesta ilmakehästä, joka on saattanut olla jopa kuuma kuin 70 celsiusastetta. Tällä hetkellä maa oli enimmäkseen valtameri. Oli liian kuuma, ettei ollut polaarisia jäänkorkkeja. Lowe olettaa, että sade yhdistettynä ilmakehän hiilidioksidiin tuottaa hiilihappoa, joka säässi hiljattain muodostuneen mannerkuoren nousevia vuoria. Hiilihappo dissosioitui muodostaen vetyioneja, jotka löysivät tiensä säässä esiintyvien mineraalien rakenteisiin, ja bikarbonaattia, jota kannettiin jokien ja purojen läpi laskeutumaan kalkkikiveksi ja muiksi mineraaleiksi valtameren sedimentteihin.
Ajan myötä valtavat valtamerenkuoren laatat vedettiin alas tai heikennettiin maan vaippaan. Tähän kuoreen lukittu hiili hävisi olennaisesti, sidottiin 60 miljoonaan vuoteen tai niin, että mineraalien palaaminen takaisin pintaan tai kaasunpoisto tulivuorien läpi vaatii mineraaleja.
Kuuma aikainen ilmapiiri sisälsi todennäköisesti myös metaania, Lowe sanoo. Kun hiilidioksidipitoisuudet laskivat sään vaikutuksesta, hiilidioksidin ja metaanin tasot tulivat jossain vaiheessa suunnilleen samanarvoisiksi, hän arvailee. Tämän seurauksena metaani aerosoliytyi hienoiksi hiukkasiksi, jolloin syntyi sameus, joka muistuttaa nykyistä Saturnuksen kuu-Titanin ilmakehässä. Tämä ”Titan-ilmiö” tapahtui maapallolla 2,7–2,8 miljardia vuotta sitten.
Titan Effect poisti metaanin ilmakehästä ja utu suodatti valon; molemmat aiheuttivat edelleen jäähdytystä, ehkä lämpötilan laskua 40-50 astetta. Lopulta, noin 3 miljardia vuotta sitten, kasvihuone juuri romahti, Lowe ja Tice teoretisoivat, ja maapallon ensimmäinen jäätyminen on saattanut tapahtua 2,9 miljardia vuotta sitten.
Nousu laskun jälkeen
Täällä kivet paljastavat tarinassa outon käänteen - kasvihuonekaasun lopullinen uudistuminen. Muista, että 3 miljardia vuotta sitten maa oli pohjimmiltaan vesimaailma. Ei kasveja tai eläimiä ollut vaikutettavissa ilmakehään. Jopa levät eivät olleet vielä kehittyneet. Primitiiviset fotosynteettiset mikrobit olivat ympärillä ja saattavat olla osallistuneet metaanin tuotantoon ja hiilidioksidin vähäiseen käyttöön.
Niin kauan kuin mannermainen nopea säänkehitys jatkui, karbonaattia kerrostettiin merikooraan ja alistettiin siihen, jota Lowe kutsuu ”suureksi varastotilaksi, joka piti suurimman osan hiilidioksidista poissa ilmakehästä”.
Mutta kun hiilidioksidi poistettiin ilmakehästä ja sisällytettiin kallioon, sään hidastuminen hidastui - vuoristoja hajottamaan oli vähemmän hiilihappoa ja vuoret laskivat. Mutta tulivuoret viihdyttivät edelleen ilmakehään suuria määriä hiiltä kierrätetystä valtamerekuoresta.
"Joten lopulta hiilidioksiditaso nousee jälleen", Lowe sanoo. "Se ei ehkä koskaan palaa täydelliseen loistavaan 70 asteen celsiusasteeseensa, mutta se todennäköisesti kiipesi saadakseen Maan uudelleen lämpimäksi."
Tänä kesänä Lowe ja Tice keräävät näytteitä, joiden avulla ne voivat määrittää tämän ajanjakson lämpötilan, noin 2,6 - 2,7 miljardia vuotta sitten, jotta saadaan parempi käsitys siitä, kuinka kuumaa maapallon sai.
Uudet maanosat muodostuivat ja sää muuttuivat ottaen jälleen hiilidioksidin pois ilmakehästä. Noin 3 miljardia vuotta sitten, ehkä 10 tai 15 prosenttia maan mantereen kuoren nykyisestä alueesta oli muodostunut. 2,5 miljardia vuotta sitten, oli muodostunut valtava määrä uutta mannerkuorta - noin 50–60 prosenttia nykyisestä mannerkuoren pinta-alasta. Tämän toisen syklin aikana suuremman kivimäärän säänkestäminen aiheutti vielä suurempaa ilmakehän jäähdytystä, mikä kiihdytti syvää jyrkkyyttä noin 2,3 - 2,4 miljardia vuotta sitten.
Muutaman viimeisen miljoonan vuoden aikana olemme värähtineet edestakaisin jäätikköjen ja lasien välisten aikakausien välillä, Lowe sanoo. Olemme tällä hetkellä leidenvälisellä ajanjaksolla. Se on siirtymävaihe - ja tutkijat yrittävät yhä ymmärtää ihmisten aiheuttaman globaalin ilmastomuutoksen viimeaikaisen historian laajuutta verrattuna siihen, minkä ikäiset luonnolliset prosessit ovat aiheuttaneet.
"Me häiritsemme järjestelmää nopeudella, joka ylittää huomattavasti hinnat, jotka ovat aikaisemmin luonnehtineet ilmastomuutoksia", Lowe sanoi. "Tästä huolimatta käytännössä kaikki kokeilut, käytännössä kaikki variaatiot ja kaikki ilmastomuutokset, joita yritämme ymmärtää tänään, ovat tapahtuneet aiemmin. Luonto on jo tehnyt suurimman osan näistä kokeista. Jos pystymme analysoimaan muinaisia ilmastoja, ilmakehän koostumuksia ja kuoren, ilmakehän, elämän ja ilmaston vuorovaikutusta geologisessa menneisyydessä, voimme ottaa joitain ensimmäisiä askelia ymmärtääksemme sitä, mitä tapahtuu tänään ja todennäköisesti tapahtuu huomenna. ”
Alkuperäinen lähde: Stanford-lehdistötiedote
