Πιστωτική εικόνα: Στάνφορντ
Εάν μια μηχανή του χρόνου θα μπορούσε να μας επαναφέρει 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια στη γέννηση της Γης, θα δούμε τον ήλιο μας να λάμπει 20 έως 25 τοις εκατό λιγότερο φωτεινά από ό, τι σήμερα. Χωρίς ένα γήινο θερμοκήπιο για να παγιδεύσει την ενέργεια του ήλιου και να ζεστάνει την ατμόσφαιρα, ο κόσμος μας θα ήταν μια στροβιλισμένη μπάλα πάγου. Η ζωή μπορεί να μην έχει εξελιχθεί ποτέ.
Αλλά η ζωή εξελίχθηκε, έτσι τα αέρια του θερμοκηπίου πρέπει να ήταν γύρω για να θερμάνουν τη Γη. Τα στοιχεία από το γεωλογικό αρχείο δείχνουν την αφθονία του διοξειδίου του άνθρακα αερίων του θερμοκηπίου. Το μεθάνιο πιθανότατα ήταν επίσης παρόν, αλλά αυτό το αέριο του θερμοκηπίου δεν αφήνει αρκετό γεωλογικό αποτύπωμα για να ανιχνεύσει με βεβαιότητα. Το μοριακό οξυγόνο δεν ήταν κοντά, δείχνουν πετρώματα της εποχής, τα οποία περιέχουν ανθρακικό σίδηρο αντί για οξείδιο του σιδήρου. Πέτρινα δακτυλικά αποτυπώματα ρέοντων ρευμάτων, υγρών ωκεανών και μετάλλων που σχηματίζονται από εξάτμιση επιβεβαιώνουν ότι πριν από 3 δισεκατομμύρια χρόνια, η Γη ήταν αρκετά ζεστή για υγρό νερό.
Τώρα, το γεωλογικό ρεκόρ που αποκαλύφθηκε σε μερικούς από τους παλαιότερους βράχους της Γης λέει μια εκπληκτική ιστορία κατάρρευσης αυτού του θερμοκηπίου - και την επακόλουθη αναγέννησή του. Αλλά ακόμη πιο εκπληκτικό, λένε οι επιστήμονες του Στάνφορντ που αναφέρουν αυτά τα ευρήματα στο τεύχος 25 Μαΐου του περιοδικού Geology, είναι ο κρίσιμος ρόλος που έπαιξαν οι βράχοι στην εξέλιξη της πρώιμης ατμόσφαιρας.
«Είναι πραγματικά η πρώτη φορά που προσπαθήσαμε να συνδυάσουμε μια εικόνα για το πώς η πρώιμη ατμόσφαιρα, το πρώιμο κλίμα και η πρώιμη ηπειρωτική εξέλιξη συμβαδίζουν», δήλωσε ο Donald R. Lowe, καθηγητής γεωλογικής και περιβαλλοντικής επιστήμης που έγραψε χαρτί με τον Michael M. Tice, απόφοιτο φοιτητή που ερευνά την πρώιμη ζωή. Το πρόγραμμα Exobiology της NASA χρηματοδότησε το έργο τους. "Στο γεωλογικό παρελθόν, το κλίμα και η ατμόσφαιρα επηρεάστηκαν βαθιά από την ανάπτυξη των ηπείρων."
Το ρεκόρ στα βράχια
Για να συγκεντρώσει γεωλογικές ενδείξεις για το πώς ήταν η πρώιμη ατμόσφαιρα και πώς εξελίχθηκε, ο Lowe, ένας γεωλόγος πεδίου, έχει περάσει σχεδόν κάθε καλοκαίρι από το 1977 στη Νότια Αφρική ή στη Δυτική Αυστραλία συλλέγοντας βράχους που είναι, κυριολεκτικά, μεγαλύτεροι από τους λόφους. Μερικοί από τους παλαιότερους βράχους της Γης, είναι περίπου 3,2 έως 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια.
«Όσο πιο μακριά πηγαίνεις, γενικά, τόσο πιο δύσκολο είναι να βρεις ένα πιστό ρεκόρ, βράχους που δεν έχουν συστραφεί και συμπιεστεί και μεταμορφωθεί και αλλιώς αλλάξει», λέει ο Lowe. «Κοιτάζουμε πίσω μέχρι το ρεκόρ των ιζηματογενών».
Μετά τη μέτρηση και τη χαρτογράφηση των πετρωμάτων, ο Lowe φέρνει δείγματα πίσω στο Στάνφορντ για να τα κόψει σε τμήματα τόσο λεπτά ώστε τα χαρακτηριστικά τους να μπορούν να αποκαλυφθούν με μικροσκόπιο. Οι συνεργάτες συμμετέχουν σε γεωχημικές και ισοτοπικές αναλύσεις και μοντελοποίηση υπολογιστών που αποκαλύπτουν περαιτέρω την ιστορία των βράχων.
Το γεωλογικό ρεκόρ λέει μια ιστορία στην οποία οι ηπείροι απομάκρυναν το διοξείδιο του άνθρακα από το πρώιμο περιβάλλον που μπορεί να ήταν τόσο ζεστό όσο 70 βαθμοί Κελσίου (158 F). Αυτή τη στιγμή η Γη ήταν κυρίως ωκεανός. Ήταν πολύ ζεστό για να έχει κανείς πολικούς πάγους. Ο Lowe υποθέτει ότι η βροχή συνδυάζεται με το ατμοσφαιρικό διοξείδιο του άνθρακα για να δημιουργήσει ανθρακικό οξύ, το οποίο ξεπέρασε τα βουνά από το νέο σχηματισμένο ηπειρωτικό φλοιό. Το ανθρακικό οξύ διαχωρίστηκε για να σχηματίσει ιόντα υδρογόνου, τα οποία βρήκαν το δρόμο τους στις δομές των ορυκτών καιρού, και όξινου ανθρακικού άλατος, τα οποία μεταφέρθηκαν κάτω από ποτάμια και ρέματα για να κατατεθούν ως ασβεστόλιθος και άλλα ορυκτά στα ιζήματα του ωκεανού.
Με την πάροδο του χρόνου, μεγάλες πλάκες ωκεάνιου φλοιού τραβήχτηκαν ή αφαιρέθηκαν στον μανδύα της Γης. Ο άνθρακας που ήταν κλειδωμένος σε αυτήν την κρούστα χάθηκε ουσιαστικά, δέθηκε για 60 εκατομμύρια χρόνια ή έτσι πήρε τα ορυκτά για να ανακυκλωθούν πίσω στην επιφάνεια ή να εξαερωθούν μέσω ηφαιστείων.
Η καυτή πρώιμη ατμόσφαιρα περιείχε πιθανώς και μεθάνιο, λέει ο Lowe. Καθώς τα επίπεδα του διοξειδίου του άνθρακα μειώθηκαν λόγω των καιρικών συνθηκών, κάποια στιγμή, τα επίπεδα του διοξειδίου του άνθρακα και του μεθανίου έγιναν περίπου ισοδύναμα, υποθέτει. Αυτό προκάλεσε το μεθάνιο να αερολυθεί σε λεπτά σωματίδια, δημιουργώντας μια ομίχλη παρόμοια με εκείνη που σήμερα υπάρχει στην ατμόσφαιρα του Κρόνου του Τιτάνα. Αυτό το «Titan Effect» εμφανίστηκε στη Γη πριν από 2,7 έως 2,8 δισεκατομμύρια χρόνια.
Το Titan Effect απομάκρυνε το μεθάνιο από την ατμόσφαιρα και η ομίχλη διηθήθηκε από το φως. Και οι δύο προκάλεσαν περαιτέρω ψύξη, ίσως πτώση θερμοκρασίας 40 έως 50 βαθμούς Κελσίου. Τελικά, περίπου 3 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, το θερμοκήπιο μόλις κατέρρευσε, ο Lowe και ο Tice θεωρούνταν, και ο πρώτος παγετώνας της Γης μπορεί να έχει συμβεί πριν από 2,9 δισεκατομμύρια χρόνια.
Η άνοδος μετά την πτώση
Εδώ τα βράχια αποκαλύπτουν μια περίεργη συστροφή στην ιστορία - τελικά αναγέννηση του θερμοκηπίου. Θυμηθείτε ότι πριν από 3 δισεκατομμύρια χρόνια, η Γη ήταν ουσιαστικά Waterworld. Δεν υπήρχαν φυτά ή ζώα που να επηρεάζουν την ατμόσφαιρα. Ακόμα και τα φύκια δεν είχαν εξελιχθεί ακόμα. Τα πρωτόγονα φωτοσυνθετικά μικρόβια υπήρχαν και μπορεί να έχουν παίξει ρόλο στην παραγωγή μεθανίου και στη μικρή χρήση διοξειδίου του άνθρακα.
Όσο συνέχισε η ταχεία ηπειρωτική καιρική, το ανθρακικό άλας κατατέθηκε στον ωκεανό φλοιό και αφαιρέθηκε σε αυτό που ο Lowe αποκαλεί «μια μεγάλη εγκατάσταση αποθήκευσης… που κράτησε το μεγαλύτερο μέρος του διοξειδίου του άνθρακα έξω από την ατμόσφαιρα».
Αλλά καθώς το διοξείδιο του άνθρακα απομακρύνθηκε από την ατμόσφαιρα και ενσωματώθηκε σε βράχο, οι καιρικές συνθήκες επιβραδύνθηκαν - υπήρχε λιγότερο ανθρακικό οξύ για να διαβρωθούν τα βουνά και τα βουνά γινόταν χαμηλότερα. Όμως τα ηφαίστεια εξακολουθούν να εκτοξεύουν στην ατμόσφαιρα μεγάλες ποσότητες άνθρακα από ανακυκλωμένο ωκεάνιο φλοιό.
«Έτσι τελικά το επίπεδο διοξειδίου του άνθρακα ανεβαίνει ξανά», λέει ο Lowe. "Μπορεί ποτέ να μην επιστρέψει στο υπέροχο επίπεδο των 70 βαθμών Κελσίου, αλλά πιθανότατα ανέβηκε για να κάνει τη Γη ξανά ζεστή."
Αυτό το καλοκαίρι, οι Lowe και Tice θα συλλέξουν δείγματα που θα τους επιτρέψουν να προσδιορίσουν τη θερμοκρασία αυτού του χρονικού διαστήματος, περίπου 2,6 έως 2,7 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, για να πάρουν μια καλύτερη ιδέα για το πόσο ζεστή πήρε η Γη.
Νέες ηπείροι σχηματίστηκαν και ξεπεράστηκαν, παίρνοντας ξανά το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα. Πριν από περίπου 3 δισεκατομμύρια χρόνια, ίσως 10 ή 15 τοις εκατό της σημερινής περιοχής της Γης στον ηπειρωτικό φλοιό είχε σχηματιστεί. Πριν από 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, είχε σχηματιστεί μια τεράστια ποσότητα νέου ηπειρωτικού φλοιού - περίπου 50 έως 60 τοις εκατό της σημερινής περιοχής του ηπειρωτικού φλοιού. Κατά τη διάρκεια αυτού του δεύτερου κύκλου, οι καιρικές συνθήκες της μεγαλύτερης ποσότητας πετρωμάτων προκάλεσαν ακόμη μεγαλύτερη ατμοσφαιρική ψύξη, προκαλώντας έναν βαθύ παγετώνα πριν από 2,3 έως 2,4 δισεκατομμύρια χρόνια πριν.
Τα τελευταία εκατομμύρια χρόνια έχουμε ταλαντώσεις μεταξύ των παγετώνων και των διακλαδιακών εποχών, λέει ο Lowe. Βρισκόμαστε σε μια διαδημική περίοδο αυτή τη στιγμή. Είναι μια μετάβαση - και οι επιστήμονες προσπαθούν ακόμη να κατανοήσουν το μέγεθος της παγκόσμιας κλιματικής αλλαγής που προκαλείται από τον άνθρωπο στην πρόσφατη ιστορία σε σύγκριση με αυτό που προκαλείται από φυσικές διεργασίες με την πάροδο των χρόνων.
«Διατηρούμε το σύστημα σε ρυθμούς που υπερβαίνουν κατά πολύ εκείνους που έχουν χαρακτηρίσει κλιματικές αλλαγές στο παρελθόν», δήλωσε ο Lowe. "Ωστόσο, σχεδόν όλα τα πειράματα, σχεδόν όλες οι παραλλαγές και όλες οι κλιματικές αλλαγές που προσπαθούμε να καταλάβουμε σήμερα έχουν συμβεί στο παρελθόν. Η Φύση έχει ήδη κάνει τα περισσότερα από αυτά τα πειράματα. Αν μπορούμε να αναλύσουμε τα αρχαία κλίματα, τις ατμοσφαιρικές συνθέσεις και την αλληλεπίδραση μεταξύ του φλοιού, της ατμόσφαιρας, της ζωής και του κλίματος στο γεωλογικό παρελθόν, μπορούμε να κάνουμε μερικά πρώτα βήματα για να κατανοήσουμε τι συμβαίνει σήμερα και πιθανό να συμβεί αύριο. "
Πρωτότυπη πηγή: Δελτίο Τύπου Stanford
