Credit imagine: Stanford
Dacă o mașină a timpului ne-ar putea duce înapoi la 4,6 miliarde de ani până la nașterea Pământului, am vedea că soarele nostru strălucește cu 20 până la 25% mai puțin strălucitor decât astăzi. Fără o seră pământească care să capteze energia soarelui și să încălzească atmosfera, lumea noastră ar fi o minge de gheață învârtită. Viața poate nu a evoluat niciodată.
Dar viața a evoluat, așa că gazele cu efect de seră trebuie să fi fost în jur pentru a încălzi Pământul. Dovezile din registrul geologic indică o abundență a dioxidului de carbon de gaze cu efect de seră. Probabil că și metanul a fost prezent, dar gazul cu efect de seră nu lasă suficientă amprentă geologică pentru a detecta cu certitudine. Oxigenul molecular nu era în jur, indică roci din epocă, care conțin carbonat de fier în loc de oxid de fier. Amprentele de piatră ale fluxurilor curgătoare, oceanelor lichide și mineralelor formate din evaporare confirmă că acum 3 miliarde de ani, Pământul era suficient de cald pentru apa lichidă.
Acum, registrul geologic dezvăluit în unele dintre cele mai vechi roci ale Pământului spune o poveste surprinzătoare despre prăbușirea acelei sere și regenerarea ulterioară a acesteia. Dar și mai surprinzător, spun oamenii de știință Stanford, care raportează aceste descoperiri în numărul din 25 mai al revistei Geology, este rolul critic pe care l-au jucat rocile în evoluția atmosferei timpurii.
"Aceasta este într-adevăr prima dată când am încercat să formăm o imagine despre modul în care atmosfera timpurie, climatul timpuriu și evoluția continentală timpurie mergeau mână în mână", a declarat Donald R. Lowe, un profesor de științe geologice și de mediu care a scris lucrare cu Michael M. Tice, un student absolvent care investighează viața timpurie. Programul de exobiologie al NASA și-a finanțat activitatea. „În trecutul geologic, climatul și atmosfera au fost într-adevăr profund influențate de dezvoltarea continentelor.”
Recordul din stânci
Pentru a crea împreună indicii geologice despre cum a fost atmosfera timpurie și cum a evoluat, Lowe, geolog de câmp, a petrecut practic în fiecare vară din 1977 în Africa de Sud sau Australia de Vest colectând roci care sunt, literalmente, mai vechi decât dealurile. Unele dintre cele mai vechi roci ale Pământului, au aproximativ 3 - 3 miliarde de ani.
„Cu cât te întorci mai departe, în general, cu atât este mai greu să găsești un record fidel, roci care nu au fost răsucite și stoarse, metamorfozate și alterate”, spune Lowe. „Ne uităm în urmă cam în măsura în care se înregistrează sedimentare.”
După măsurarea și cartografierea rocilor, Lowe aduce probe înapoi la Stanford pentru a le tăia în secțiuni atât de subțiri încât caracteristicile lor pot fi dezvăluite la un microscop. Colaboratorii participă la analize geochimice și izotopice și la modelarea computerului care dezvăluie în continuare istoriile rocilor.
Înregistrarea geologică spune o poveste în care continentele au îndepărtat dioxidul de carbon de gaze cu efect de seră dintr-o atmosferă timpurie care ar fi putut fi la fel de fierbinte ca 70 de grade Celsius (158 F). În acest moment, Pământul era în mare parte oceanic. Era prea cald pentru a avea capacele de gheață polare. Lowe ipotezează că ploaia combinată cu dioxidul de carbon atmosferic pentru a face acid carbonic, care a rezistat la munții de tăiere a crustei continentale nou formate. Acidul carbonic s-a disociat pentru a forma ioni de hidrogen, care și-au găsit drum în structurile mineralelor de intemperii și bicarbonat, care a fost transportat pe râuri și pâraie pentru a fi depuse sub formă de calcar și alte minerale în sedimentele oceanice.
De-a lungul timpului, mari plăci de scoarță oceanică au fost dărâmate sau subduite în mantia Pământului. Carbonul care a fost blocat în această crustă a fost pierdut în esență, legat timp de 60 de milioane de ani, astfel încât a fost nevoie de minerale pentru a fi reciclate înapoi la suprafață sau depășite prin vulcani.
Atmosfera fierbinte timpurie a conținut probabil și metan, spune Lowe. Pe măsură ce nivelurile de dioxid de carbon au scăzut din cauza intemperiilor, la un moment dat, nivelurile de dioxid de carbon și metan au devenit aproximativ egale, consideră el. Acest lucru a făcut ca metanul să se aerosolizeze în particule fine, creând o ceață asemănătoare cu cea care astăzi este prezentă în atmosfera Titanului lunii lui Saturn. Acest „Efect Titan” a apărut pe Pământ acum 2,7 până la 2,8 miliarde de ani.
Efectul Titan a eliminat metanul din atmosferă și ceața a filtrat lumina; ambele au provocat o răcire suplimentară, poate o scădere a temperaturii de 40 până la 50 de grade Celsius. În cele din urmă, în urmă cu aproximativ 3 miliarde de ani, sera tocmai s-a prăbușit, Lowe și Tice teoretizează, iar prima glaciație a Pământului ar fi avut loc acum 2,9 miliarde de ani.
Creșterea după toamnă
Aici stâncile dezvăluie o poveste ciudată în poveste - o eventuală regenerare a serii. Reamintim că acum 3 miliarde de ani, Pământul era în esență Waterworld. Nu existau plante sau animale care să afecteze atmosfera. Chiar și algele nu au evoluat încă. Microbii fotosintetici primitivi au fost în jur și s-ar putea să fi jucat un rol în generarea de metan și utilizarea minoră a dioxidului de carbon.
Atâta timp cât a continuat intemperiile continentale rapide, carbonatul a fost depus pe scoarța oceanică și subduit în ceea ce Lowe numește „o mare instalație de stocare… care a ținut cea mai mare parte a dioxidului de carbon afară din atmosferă.”
Dar, pe măsură ce dioxidul de carbon a fost eliminat din atmosferă și încorporat în rocă, intemperiile s-au încetinit - a existat mai puțin acid carbonic pentru a eroda munții, iar munții deveneau din ce în ce mai mici. Dar vulcanii tot scuteau în atmosferă cantități mari de carbon provenite de la crusta oceanică reciclată.
„Deci până la urmă nivelul dioxidului de carbon urcă din nou”, spune Lowe. „S-ar putea să nu se întoarcă niciodată la nivelul său glorios la 70 de grade Centigrad, dar probabil a urcat pentru a face din nou Pământul cald.”
În această vară, Lowe și Tice vor colecta probe care să le permită să determine temperatura acestui interval de timp, cu aproximativ 2,6 - 2,7 miliarde de ani în urmă, pentru a avea o idee mai bună despre cum a ajuns Pământul fierbinte.
Noi continente s-au format și au rezistat, scoțând din nou dioxidul de carbon din atmosferă. Cu aproximativ 3 miliarde de ani în urmă, s-a format, poate, 10 sau 15% din suprafața actuală a Pământului în scoarța continentală. Până la 2,5 miliarde de ani în urmă, se formase o cantitate enormă de crustă continentală nouă - aproximativ 50 până la 60% din suprafața actuală a scoarței continentale. În acest al doilea ciclu, intemperiile unei cantități mai mari de rocă au provocat o răcire atmosferică și mai mare, provocând o glaciație profundă cu aproximativ 2,3 până la 2,4 miliarde de ani în urmă.
În ultimele milioane de ani am oscilat înainte și înapoi între epoci glaciare și interglaciare, spune Lowe. Suntem într-o perioadă interglaciară chiar acum. Este o tranziție - iar oamenii de știință încă încearcă să înțeleagă amploarea schimbărilor climatice globale provocate de oameni în istoria recentă, comparativ cu cea provocată de procesele naturale de-a lungul veacurilor.
„Deranjăm sistemul cu rate care să le depășească cu mult pe cele care au caracterizat schimbările climatice în trecut”, a spus Lowe. „Cu toate acestea, practic toate experimentele, practic toate variațiile și toate schimbările climatice pe care încercăm să le înțelegem astăzi s-au întâmplat înainte. Natura a făcut deja cele mai multe dintre aceste experimente. Dacă putem analiza climatele antice, compozițiile atmosferice și interacțiunea dintre scoarța, atmosfera, viața și climatul din trecutul geologic, putem face niște primii pași pentru a înțelege ce se întâmplă astăzi și este posibil să se întâmple mâine. ”
Sursa originală: Comunicat de presă Stanford
