Kép jóváírása: Stanford
Ha egy időgép képes visszavonni minket 4,6 milliárd évvel a Föld születéséig, akkor láthatnánk, ha a napunk 20–25 százalékkal kevésbé fényesen süt, mint ma. Földi üvegház nélkül, amely csapdába ejti a nap energiáját és melegíti a légkört, a világunk jéggömbörgő lenne. Lehet, hogy az élet soha nem fejlődött ki.
De az élet kialakult, így az üvegházhatású gázoknak körül kellett lenniük, hogy melegítsék a Földet. A geológiai nyilvántartásból származó bizonyítékok az üvegházhatású gázok széndioxidjának bőséges mennyiségét mutatják. Valószínűleg a metán is jelen volt, de az üvegházhatású gáz nem hagy elegendő geológiai lábnyomot a bizonyossággal történő kimutatáshoz. A molekuláris oxigén nem volt körül, jelezze a korszak kőzeteit, amelyek vas-oxid helyett vas-karbonátot tartalmaznak. Az áramló patakok, folyékony óceánok és ásványi anyagok kő ujjlenyomata megerősíti, hogy 3 milliárd évvel ezelőtt a Föld elég meleg volt a folyékony víz számára.
A Föld néhány legrégebbi kőzetében feltárt geológiai nyilvántartás meglepő történetet mesél el az üvegház összeomlásáról és az azt követő regenerációról. Még ennél is meglepõbb azonban, ha azt állítják a Stanford tudósok, akik ezeket a megállapításokat a Geology folyóirat május 25-i számában jelentették, az a kritikus szerepe, amelyet a sziklák játszottak a korai légkör kialakulásában.
"Valójában ez az első alkalom, amikor megpróbálunk képet összeállítani arról, hogy a korai légkör, a korai éghajlat és a korai kontinentális evolúció kéz a kézben ment." - mondta Donald R. Lowe, a geológiai és környezettudományi professzor, aki a Michael Michael Tice-vel, a hallgatók korai életét vizsgáló tanulmány. A NASA Exobiológiai Programja finanszírozta munkájukat. "A földtani múltban az éghajlatot és a légkört valóban nagymértékben befolyásolta a kontinensek fejlődése."
A rekord a sziklákban
A geológiai utalások összegyűjtésére arról, hogy milyen volt a korai légkör és hogyan alakult ki. Lowe, a terepi geológus, 1977 óta szinte minden nyáron Dél-Afrikában vagy Nyugat-Ausztráliában töltött olyan sziklákat, amelyek szó szerint régebbi, mint a hegyek. A Föld egyik legrégebbi kőzete, körülbelül 3,2-3,5 milliárd éves.
"Minél messzebb megyünk, általában annál nehezebb hűséges leltárt találni, olyan sziklákra, amelyeket nem csavartak össze és nem szorítottak össze, és metamorfizáltak, és egyéb módon nem változtak meg" - mondja Lowe. "Már csak az üledékrekordra tekintünk vissza."
A sziklák mérése és feltérképezése után Lowe visszahozza a mintákat Stanfordba, hogy olyan vékonyak legyenek, hogy azok tulajdonságai mikroszkóp alatt feltárhatók legyenek. Az együttműködők geokémiai és izotópos elemzésekben, valamint számítógépes modellezésben vesznek részt, amelyek tovább mutatják a kőzetek történetét.
A geológiai feljegyzés olyan történetet mesél el, amelyben a kontinensek eltávolították az üvegházhatást okozó gázok szén-dioxidját egy korai légkörből, amely akár 70 Celsius fokot is elérhetett. Ebben az időben a Föld többnyire óceán volt. Túl meleg volt, hogy legyen poláris jégsapka. Lowe feltételezi, hogy az eső és a légköri szén-dioxid kombinálva szénsavat állít elő, amely viharvert az újonnan kialakult kontinentális kéreg dombjai között. A szénsav disszociálódott, és hidrogénionokká alakult, amelyek bejutottak az időjárási ásványok szerkezetébe, és a hidrogén-karbonáttá, amelyet folyók és patakok vezettek, amelyeket mészkőként és más ásványi anyagként helyeznek el az óceán üledékeiben.
Idővel az óceánkéreg nagy tábláit lehúzták vagy aláhúzták a Föld köpenyébe. A kéregbe rögzített szén lényegében elveszett, megkötött volt a 60 millió évre, vagy úgy, hogy az ásványok visszakerüljenek a felszínre, vagy pedig a vulkánokon keresztül kiengedjék.
A forró korai légkör valószínűleg metánt is tartalmazott - mondja Lowe. Mivel a szén-dioxid szintje az időjárási viszonyok miatt esett, egy bizonyos ponton a szén-dioxid és a metán szintje megközelítőleg egyenlővé vált, feltételezi. Ez okozta, hogy a metán finom részecskékké aeroszolizálódik, és olyan köd alakul ki, amely hasonló a mai Satan hold Titán légköréhez. Ez a „Titán-hatás” a Földön 2,7–2,8 milliárd évvel ezelőtt történt.
A Titan Effect eltávolította a metánt a légkörből, és a köd kiszűrte a fényt; mindkettő további hűtést okozott, talán 40-50 Celsius fokos hőmérsékleti csökkenést. Végül, körülbelül 3 milliárd évvel ezelőtt, az üvegház éppen összeomlott, Lowe és Tice elméletbe merül, és a Föld első jegesedése 2,9 milliárd évvel ezelőtt történt.
A bukás utáni emelkedés
A sziklák itt egy furcsa csavarást mutatnak a történetben - az üvegház esetleges regenerálódását. Emlékezzünk arra, hogy 3 milliárd évvel ezelőtt a Föld lényegében Vízvilág volt. A növények és állatok nem befolyásolták a légkört. Még az algák sem fejlődtek ki még. A primitív fotoszintézisű mikrobák körül voltak, és szerepet játszhatnak a metán előállításában és a szén-dioxid kisebb felhasználásában.
Mindaddig, amíg a kontinentális időjárási viszonyok folytatódtak, a karbonát lerakódott az óceánkéregre és alábomlik Lowe „nagy tárolóhelynek”, amely a szén-dioxid nagy részét elkerüli a légkörből.
Mivel azonban a szén-dioxidot eltávolították a légkörből és beépítették a kőzetbe, az időjárás lelassult - kevesebb szénsav volt a hegyek lebontására, és a hegyek egyre alacsonyabbak lettek. De a vulkánok még mindig nagy mennyiségű szénat bocsátottak a légkörbe az újrahasznosított óceáni kéregből.
"Tehát végül a szén-dioxid szintje ismét felmászik" - mondja Lowe. "Lehet, hogy soha nem tér vissza a dicsőséges 70 fokos Celsius-szintre, de valószínűleg felmászott, hogy a Föld ismét melegítse."
Ezen a nyáron Lowe és Tice olyan mintákat gyűjt, amelyek lehetővé teszik számukra, hogy meghatározzák ezen időintervallum hőmérsékletét, körülbelül 2,6–2,7 milliárd évvel ezelőtt, hogy jobb képet kapjanak arról, hogy mekkora a Föld.
Új kontinensek alakultak és viharvertek, ismét kiszívva a szén-dioxidot a légkörből. Körülbelül 3 milliárd évvel ezelőtt a Föld jelenlegi kontinentális kéregben lévő területének talán 10 vagy 15% -a kialakult. 2,5 milliárd évvel ezelőtt óriási mennyiségű új kontinentális kéreg alakult ki - a kontinentális kéreg jelenlegi területének körülbelül 50-60% -a. Ebben a második ciklusban a nagyobb mennyiségű kőzet időjárása még nagyobb légköri hűtést okozott, amely körülbelül 2,3–2,4 milliárd évvel ezelőtt mély leégedettséget idézett elő.
Az elmúlt néhány millió évben oda-vissza oszcilláltunk a jeges és az interlaciális korszakok között - mondja Lowe. Jelenleg egy interlacial időszakban vagyunk. Ez egy átmenet - és a tudósok továbbra is megpróbálják megérteni az emberi globális éghajlatváltozás mértékét a közelmúltban, összehasonlítva azzal, amelyet a korábbi természeti folyamata okozott.
"Olyan sebességgel zavarjuk a rendszert, amely jóval meghaladja a múltbeli éghajlati változásokat jellemzőket" - mondta Lowe. „Ennek ellenére szinte az összes kísérlet, gyakorlatilag az összes variáció és az éghajlatváltozás, amelyeket ma megpróbálunk megérteni, korábban is történt. A természet már elvégezte a kísérletek nagy részét. Ha elemezhetjük az ősi éghajlatokat, a légköri kompozíciókat, valamint a földkéreg, a légkör, az élet és az éghajlat közötti kölcsönhatást a geológiai múltban, akkor megtehetünk néhány első lépést annak megértése érdekében, hogy mi történik ma és valószínűleg holnap.
Eredeti forrás: Stanford sajtóközlemény
