Atvaizdo kreditas: Stanfordas
Jei laiko mašina galėtų grąžinti mums 4,6 milijardo metų į Žemės gimimą, pamatytume, kad mūsų saulė šviečia 20–25 procentais mažiau ryškiai nei šiandien. Be žemiško šiltnamio, kuris sulaikytų saulės energiją ir sušildytų atmosferą, mūsų pasaulis būtų besisukantis ledo rutulys. Gyvenimas galbūt niekada nebuvo vystęsis.
Tačiau gyvenimas vystėsi, todėl šiltnamio efektą sukeliančios dujos turėjo būti šalia, kad sušildytų Žemę. Geologinių įrašų duomenys rodo, kad šiltnamio efektą sukeliančių dujų anglies dioksidas yra gausus. Tikriausiai buvo ir metano, tačiau šiltnamio efektą sukeliančios dujos nepalieka pakankamai geologinio pėdsako, kad būtų galima tiksliai aptikti. Molekulinio deguonies nebuvo aplinkui, tai rodo epochos uolienas, kuriose vietoj geležies oksido yra geležies karbonatas. Akmens pirštų atspaudai, tekančių srautų, skystų vandenynų ir mineralų, susidariusių dėl išgaravimo, patvirtina, kad prieš 3 milijardus metų Žemė buvo pakankamai šilta, kad būtų skysto vandens.
Kai kuriose seniausiose Žemės uolienose atskleistas geologinis įrašas byloja apie stulbinantį pasakojimą apie to šiltnamio griūtį ir vėlesnį jo atsinaujinimą. Bet dar labiau stebina, pasak Stanfordo mokslininkų, pranešusių apie šias išvadas gegužės 25 d. Žurnalo „Geology“ numeryje, kritinis vaidmuo, kurį uolos vaidino ankstyvosios atmosferos evoliucijoje.
„Tai tikrai pirmas kartas, kai bandėme sudaryti vaizdą, kaip ankstyvoji atmosfera, ankstyvasis klimatas ir ankstyvoji žemyno evoliucija vyko koja kojon“, - sakė Donaldas R. Lowe, geologijos ir aplinkos mokslų profesorius, parašęs „ popierius su Michaelu M. Tice'u, abiturientu, tiriančiu ankstyvą gyvenimą. NASA eksobiologijos programa finansavo jų darbą. „Geologinėje praeityje žemyno plėtra tikrai padarė didelę įtaką klimatui ir atmosferai.“
Įrašas uolose
Norėdami surinkti geologinius įkalčius apie tai, kokia buvo ankstyvoji atmosfera ir kaip ji vystėsi, lauko geologas Lowe nuo 1977 m. Beveik kiekvieną vasarą praleido Pietų Afrikoje ar Vakarų Australijoje rinkdamas akmenis, kurie yra pažodžiui senesni už kalvas. Kai kurios seniausios Žemės uolienos yra maždaug 3,2–3,5 milijardo metų senumo.
„Kuo toliau, tuo labiau eini, tuo sunkiau rasti ištikimą įrašą - uolų, kurios nebuvo susuktos ir suspaustos, metamorfizuotos ir kitaip pakeistos“, - sako Lowe. „Mes žvelgiame atgal į nuosėdų įrašą“.
Išmatavęs ir sulyginęs akmenis, Lowe mėginius grąžina atgal į Stanfordą, kad būtų supjaustyti į tokias dalis, kad jų požymius būtų galima atskleisti mikroskopu. Bendradarbiai dalyvauja geocheminėje ir izotopinėje analizėse bei kompiuteriniame modeliavime, kurie dar labiau atskleidžia uolienų istoriją.
Geologinis įrašas pasakoja istoriją, kurioje žemynai iš ankstyvosios atmosferos pašalino šiltnamio efektą sukeliančių dujų anglies dioksidą, kuris galėjo būti net 70 laipsnių Celsijaus (158 F). Šiuo metu Žemė daugiausia buvo vandenynas. Buvo per karšta turėti jokių poliarinių ledo dangtelių. Lowe'as pateikia hipotezę, kad lietus kartu su atmosferos anglies dioksidu padaro angliarūgštę, kuri užtemdė naujai susidariusios žemyninės plutos kalnus. Angliarūgštė išsiskyrė, sudarydama vandenilio jonus, kurie pateko į atmosferą veikiančių mineralų struktūras, ir bikarbonatą, kurį upės ir upeliai nešiojo kaip kalkakmenis ir kiti mineralai vandenyno nuosėdose.
Laikui bėgant, didžioji vandenyno plutos plokštės buvo nugriautos arba sudurtos į žemės apvalkalą. Į šią plutą įsiskverbusi anglis iš esmės buvo prarasta, surišta maždaug 60 milijonų metų arba tiek, kad mineralus reikėjo perdirbti atgal į paviršių arba išstumti per ugnikalnius.
Karštoje ankstyvoje atmosferoje greičiausiai buvo ir metano, sako Lowe. Dėl oro sąlygų sumažėjęs anglies dioksido lygis, kurį laiką jis spėja, kad anglies dioksido ir metano lygis tapo maždaug vienodas. Dėl to metanas aerozolizavosi į smulkias daleles, sukurdamas miglą, panašų į tą, kuris šiandien yra Saturno mėnulio Titano atmosferoje. Šis „Titano efektas“ atsirado žemėje prieš 2,7–2,8 milijardo metų.
„Titan Effect“ pašalino metaną iš atmosferos, o migla išfiltravo šviesą; abu sukėlė tolesnį atvėsimą, galbūt, temperatūros kritimą nuo 40 iki 50 laipsnių Celsijaus. Galų gale, maždaug prieš 3 milijardus metų, šiltnamis tiesiog sugriuvo, Lowe ir Tice'ai teoretizuoja, o pirmasis Žemės apledėjimas galėjo įvykti prieš 2,9 milijardo metų.
Pakilimas po kritimo
Čia uolos atskleidžia keistą pasakojimo posūkį - galimą šiltnamio atsinaujinimą. Prisiminkite, kad prieš 3 milijardus metų Žemė iš esmės buvo Vandens pasaulis. Nei augalai, nei gyvūnai neturėjo įtakos atmosferai. Dar dumbliai dar nebuvo išsivystę. Aplink buvo primityvūs fotosintetiniai mikrobai ir galbūt jie turėjo įtakos kuriant metaną ir nedaug naudojant anglies dioksidą.
Kol tęsėsi greitas kontinentinis oras, karbonatas buvo nusodinamas ant vandenyno plutos ir nugrimzdo į tai, ką Lowe vadina „didele saugykla,… kuri didžiąją dalį anglies dioksido pašalino iš atmosferos“.
Kadangi anglies dioksidas buvo pašalintas iš atmosferos ir įterptas į uolienas, oro sąlygos sulėtėjo - kalnuose ardyti buvo mažiau anglies rūgšties, o kalnai darėsi vis žemesni. Tačiau ugnikalniai vis dar išleido į atmosferą didelius anglies kiekius iš perdirbtos vandenyno plutos.
„Taigi galiausiai anglies dioksido lygis vėl kyla“, - sako Lowe'as. „Jis niekada negali grįžti į savo šlovingą 70 laipsnių Celsijaus lygį, bet greičiausiai pakilo, kad Žemė vėl sušiltų.“
Šią vasarą Lowe ir Tice rinks mėginius, kurie leis jiems nustatyti šio laiko intervalo, maždaug prieš 2,6–2,7 milijardo metų, temperatūrą, kad būtų geriau suprantama, kokia buvo Žemės šiluma.
Susiformavo ir atvėso nauji žemynai, vėl išmesdami anglies dioksidą iš atmosferos. Maždaug prieš 3 milijardus metų susidarė gal 10 ar 15 procentų dabartinio Žemės ploto, esančio žemyno plutoje. Prieš 2,5 milijardo metų susidarė didžiulis kiekis naujos žemyninės plutos - apie 50–60 procentų dabartinio žemyno plutos ploto. Per šį antrąjį ciklą dėl didesnio uolienų kiekio oro atšalimas dar labiau atvėsino atmosferą, paskatindamas gilų apledėjimą maždaug prieš 2,3–2,4 milijardo metų.
Per pastaruosius keletą milijonų metų mes svyravome pirmyn ir atgal tarp ledyninės ir tarpledyninės epochų, sako Lowe. Šiuo metu esame tarpledynmetyje. Tai yra perėjimas - ir mokslininkai vis dar bando suprasti globalių klimato pokyčių, kuriuos pastaruoju metu sukėlė žmonės, mastą, palyginti su natūralių procesų sukeltomis epochomis.
„Mes trikdome sistemą tokiu greičiu, kuris smarkiai viršija tuos, kurie praeityje apibūdino klimato pokyčius“, - teigė Lowe'as. Nepaisant to, praktiškai visi eksperimentai, beveik visi variantai ir visi klimato pokyčiai, kuriuos šiandien bandome suprasti, buvo įvykę anksčiau. Gamta jau atliko daugumą šių eksperimentų. Jei galime išanalizuoti senovinį klimatą, atmosferos kompozicijas ir plutos, atmosferos, gyvenimo ir klimato sąveiką geologinėje praeityje, galime žengti keletą pirmųjų žingsnių, kad suprastume, kas vyksta šiandien ir gali įvykti rytoj. “
Originalus šaltinis: „Stanford News“ leidimas
