Кредит зображення: Стенфорд
Якщо машина часу може повернути нас 4,6 мільярда років до народження Землі, ми побачимо, що наше сонце світить на 20-25 відсотків менше, ніж сьогодні. Без земної оранжереї, яка б захоплювала енергію сонця і зігрівала атмосферу, наш світ був би крутим кулькою льоду. Життя, можливо, ніколи не склалося.
Але життя розвивалося, тому парникові гази, мабуть, були навколо, щоб зігріти Землю. Дані з геологічних записів свідчать про велику кількість вуглекислого газу парникових газів. Метан, мабуть, також був присутній, але цей парниковий газ не залишає достатньо геологічного сліду, щоб виявити з впевненістю. Молекулярного кисню не було навколо, вказуйте на скелі доби, які замість оксиду заліза містять карбонат заліза. Кам’яні відбитки проточних потоків, рідких океанів та мінералів, що утворюються від випаровування, підтверджують, що 3 мільярди років тому Земля була достатньо теплою для рідкої води.
Тепер геологічний запис, виявлений у деяких найстаріших скелях Землі, розповідає дивовижну історію краху цього парника - та його подальшого відновлення. Але ще більш дивно, наголошують вчені Стенфорда, які повідомляють про ці висновки у випуску журналу "Геологія" від 25 травня, - це найважливіша роль, яку скелі відігравали в еволюції ранньої атмосфери.
"Це дійсно перший раз, коли ми намагалися скласти уявлення про те, як рання атмосфера, ранній клімат і рання континентальна еволюція йшли рука об руку", - сказав Дональд Р. Лоу, професор геологічних та екологічних наук, який написав документ з Майклом М. Тіс, аспірантом, що досліджує раннє життя. Програма екзобіології НАСА фінансувала їх роботу. "У геологічному минулому клімат та атмосфера дуже глибоко впливали на розвиток континентів".
Рекорд у скелях
Щоб скласти разом геологічні підказки про те, якою була рання атмосфера, і як вона розвивалася, Лоу, польовий геолог, проводив практично кожне літо з 1977 року в Південній Африці чи Західній Австралії, збираючи скелі, які буквально старіші за пагорби. Деякі з найдавніших гірських порід Землі, їм приблизно від 3,2 до 3,5 мільярдів років.
"Чим далі ви йдете, як правило, тим складніше знайти вірний запис, скелі, які не були скручені і вичавлені, метаморфозовані та іншим чином змінені", - говорить Лоу. "Ми дивимось назад майже на осадочний запис".
Після вимірювання та картографування гірських порід Лоу приносить зразки назад в Стенфорд, щоб розрізати на такі тонкі ділянки, що їх характеристики можна розкрити під мікроскопом. Співробітники беруть участь у геохімічних та ізотопних аналізах та комп'ютерному моделюванні, що надалі розкриває історію гірських порід.
Геологічний запис розповідає історію, в якій континенти видаляли вуглекислий газ парникових газів із ранньої атмосфери, яка, можливо, була гарячою, як 70 градусів Цельсія (158 F). У цей час Земля була переважно океаном. Було занадто жарко, щоб мати будь-які полярні крижані шапки. Лоу припускає, що дощі в поєднанні з атмосферним діоксидом вуглецю утворюють вуглекислий газ, який вивітрює витікаючі гори новоствореної континентальної кори. Вуглекислота дисоціювала з утворенням іонів водню, які потрапили в структури мінералів, що вивітрюють, і бікарбонату, який переносився річками і потоками, щоб відкладатися як вапняк та інші мінерали в океанських відкладеннях.
З плином часу великі плити океанічної кори були винесені або піддані земній мантії. Вуглець, який був зафіксований у цій корі, був по суті втрачений, прив'язаний протягом 60 мільйонів років або близько того, що потрібні корисні копалини поверталися на поверхню або переходили через вулкани.
Гаряча рання атмосфера, ймовірно, містила і метан, говорить Лоу. Коли рівень вуглекислого газу падав через вивітрювання, в якийсь момент рівень вуглекислого газу та метану став приблизно рівним, він здогадується. Це змусило метан аерозолізуватися в дрібні частинки, створивши імлу, схожу на ту, яка сьогодні присутня в атмосфері Сатурна Місяць Титан. Цей "Титановий ефект" стався на Землі 2,7 - 2,8 млрд років тому.
Ефект "Титан" виводив метан з атмосфери, а імла відфільтровувала світло; обидва спричинили подальше похолодання, можливо зниження температури від 40 до 50 градусів Цельсія. Зрештою, близько 3 мільярдів років тому теплиця просто обвалилася, Лоу і Тіс теоретизуються, і перше зледеніння Землі могло статися 2,9 мільярда років тому.
Підйом після падіння
Тут скелі виявляють дивний поворот в історії - можливе відновлення теплиці. Нагадаємо, що 3 мільярди років тому Земля була по суті Водним світом. Тут не було жодних рослин або тварин, які впливали б на атмосферу. Навіть водорості ще не розвивалися. Первісні фотосинтетичні мікроби були навколо і, можливо, відігравали роль у виробленні метану та незначному використанні вуглекислого газу.
Поки тривали швидкі континентальні вивітрювання, карбонат осідав на океанічній корі і піддавався тому, що Лоу називає «великим сховищем…, яке виводило більшість вуглекислого газу з атмосфери».
Але як вуглекислий газ виводився з атмосфери і включався в гірські породи, вивітрювання сповільнювалося - гір було менше вуглекислоти, щоб зруйнувати гори, і гори ставали нижчими. Але вулкани все ще викидали в атмосферу великі кількості вуглецю з переробленої океанічної кори.
"Тож з часом рівень вуглекислого газу знову піднімається", - говорить Лоу. "Він ніколи не повернеться до свого повноцінного рівня на 70 градусів Цельсія, але, ймовірно, піднявся, щоб знову зігріти Землю".
Цього літа Лоу і Тіс збирають зразки, які дозволять їм визначити температуру цього часового інтервалу, приблизно від 2,6 до 2,7 мільярдів років тому, щоб отримати краще уявлення про те, як гаряча Земля отримала.
Нові континенти утворилися і вивітрюються, знову виводячи вуглекислий газ з атмосфери. Близько 3 мільярдів років тому, можливо, утворилося 10 або 15 відсотків теперішньої площі Землі в континентальній корі. До 2,5 млрд. Років тому сформувалася величезна кількість нової континентальної кори - приблизно від 50 до 60 відсотків теперішньої площі континентальної кори. Під час цього другого циклу вивітрювання більшої кількості гірських порід спричинило ще більше атмосферне похолодання, спричинивши глибоке зледеніння приблизно від 2,3 до 2,4 мільярда років тому.
За останні кілька мільйонів років ми коливаємося вперед і назад між льодовиковою та міжледовиковою епохами, говорить Лоу. Зараз ми перебуваємо в міжльодовиковому періоді. Це перехід - і вчені досі намагаються зрозуміти масштаби глобальних змін клімату, спричинених людьми в недавній історії, порівняно з природними процесами протягом століть.
"Ми порушуємо систему тим, що значно перевищує показники, що характеризували кліматичні зміни в минулому", - сказав Лоу. "Тим не менш, практично всі експерименти, практично всі зміни і всі зміни клімату, які ми намагаємось зрозуміти сьогодні, відбувалися раніше. Природа вже зробила більшість цих експериментів. Якщо ми зможемо проаналізувати стародавній клімат, атмосферні композиції та взаємодію земної кори, атмосфери, життя та клімату в геологічному минулому, ми можемо зробити кілька перших кроків для розуміння того, що відбувається сьогодні, і, можливо, станеться завтра ».
Оригінальне джерело: Стенфордські новини
