Obrazový kredit: Stanford
Keby nás stroj času mohol vziať späť o 4,6 miliárd rokov späť k Zemi, videli by sme, že naše slnko svieti o 20 až 25 percent menej jasne ako dnes. Bez zemského skleníku, ktorý zachytí slnečnú energiu a zahreje atmosféru, by bol náš svet pradením ľadovej gule. Život sa možno nikdy nevyvinul.
Život sa však vyvíjal, takže skleníkové plyny museli byť okolo, aby zohriali Zem. Dôkazy z geologického záznamu naznačujú množstvo skleníkového plynu oxidu uhličitého. Pravdepodobne bol tiež prítomný metán, ale tento skleníkový plyn nezanecháva dosť geologickej stopy, aby sa s istotou zistil. Molekulárny kyslík nebol okolo, naznačujú horniny z čias, ktoré namiesto oxidu železa obsahujú uhličitan železa. Kamenné odtlačky tečúcich prúdov, tekutých oceánov a minerálov, ktoré sa vytvorili odparením, potvrdzujú, že Zem bola pred 3 miliardami rokov dostatočne teplá na tekutú vodu.
Geologický záznam odhalený v niektorých najstarších horninách Zeme teraz ukazuje prekvapivý príbeh kolapsu tohto skleníka - a jeho následnú regeneráciu. Ešte prekvapivejšie je však to, že vedci zo Stanfordu, ktorí uvádzajú tieto zistenia v časopise Geology z 25. mája, sú kritickou úlohou, ktorú horniny zohrali vo vývoji skorej atmosféry.
„Je to skutočne prvýkrát, čo sme sa pokúsili dať dohromady obraz o tom, ako ruka v ruke sprevádzala raná atmosféra, skorá klíma a skorý kontinentálny vývoj,“ povedal Donald R. Lowe, profesor geologickej a environmentálnej vedy, ktorý napísal referát s Michaelom M. Tice, postgraduálnym študentom, ktorý skúma raný život. Ich činnosť financovala exobiologický program NASA. „V geologickej minulosti boli klíma a atmosféra skutočne hlboko ovplyvnené rozvojom kontinentov.“
Záznam v skalách
Lowe, terénny geológ, strávil takmer každé leto od roku 1977 v Južnej Afrike alebo v západnej Austrálii zhromažďovanie hornín, ktoré sú doslova staršie ako kopce, aby skĺbil geologické stopy o tom, ako vyzerala raná atmosféra a ako sa vyvíjal. Niektoré z najstarších hornín na Zemi sú staré asi 3,2 až 3,5 miliardy rokov.
„Čím ďalej je chrbát, tým ťažšie je nájsť verný záznam, skaly, ktoré neboli skrútené a stlačené a metamorfované a inak pozmenené,“ hovorí Lowe. "Tešíme sa z hľadiska sedimentárneho záznamu."
Po zmeraní a zmapovaní hornín privádza Lowe vzorky späť do Stanfordu, aby sa rozrezali na časti tak tenké, že ich vlastnosti sa dajú odhaliť pod mikroskopom. Spolupracovníci sa podieľajú na geochemických a izotopových analýzach a počítačovom modelovaní, ktoré ďalej odhaľujú históriu hornín.
Geologický záznam rozpráva príbeh, v ktorom kontinenty odstránili oxid uhličitý z skleníkových plynov zo skorej atmosféry, ktorá mohla byť taká horúca ako 70 stupňov Celzia. V tom čase bola Zem väčšinou oceánom. Bolo príliš horúco na to, aby ste mali akékoľvek polárne ľadové čiapky. Lowe predpokladá, že dážď kombinovaný s atmosférickým oxidom uhličitým vytvára kyselinu uhličitú, ktorá zvetrávala pohoria novovytvorenej kontinentálnej kôry. Kyselina uhličitá sa rozpadla a vytvorila vodíkové ióny, ktoré sa dostali do štruktúr poveternostných minerálov, a bikarbonát, ktorý bol prenášaný do riek a potokov, aby sa ukladal ako vápenec a ďalšie minerály v morských sedimentoch.
V priebehu času boli veľké pláty oceánskej kôry stiahnuté alebo tlmené do zemského plášťa. Uhlík, ktorý bol zamknutý v tejto kôre, bol v podstate stratený, zviazaný asi 60 miliónov rokov, takže sa minerály museli recyklovať späť na povrch alebo vypustiť pomocou sopiek.
Horúca skorá atmosféra pravdepodobne obsahovala aj metán, hovorí Lowe. Keď hladiny oxidu uhličitého v dôsledku poveternostných podmienok poklesli, v určitom okamihu sa hladiny oxidu uhličitého a metánu stali približne rovnakými, tvrdí. To spôsobilo, že sa metán aerosolizoval na jemné častice, čím sa vytvoril zákal podobný tomu, ktorý sa dnes nachádza v atmosfére saturnského mesiaca Titan. Tento „Titanový efekt“ sa vyskytol na Zemi pred 2,7 až 2,8 miliardami rokov.
Titánový efekt odstránil metán z atmosféry a zákal odfiltroval svetlo; obe spôsobili ďalšie ochladenie, možno pokles teploty o 40 až 50 stupňov Celzia. Nakoniec, asi pred 3 miliardami rokov, sa skleník práve zrútil, Lowe a Tice teoretizovali a prvé zaľadnenie Zeme sa mohlo vyskytnúť pred 2,9 miliardami rokov.
Vzostup po páde
Horniny tu odkrývajú zvláštny zvrat v príbehu - prípadnú regeneráciu skleníka. Pripomeňme, že pred 3 miliardami rokov bola Zem v podstate Vodným svetom. Na ovzdušie nemali žiadne rastliny ani zvieratá. Ani riasy sa ešte nevyvinuli. Boli okolo primitívne fotosyntetické mikróby a mohli zohrávať úlohu pri vytváraní metánu a pri menšom využívaní oxidu uhličitého.
Pokiaľ rýchle kontinentálne počasie pokračovalo, uhličitan sa ukladal do oceánskej kôry a tlmil to, čo Lowe nazýva „veľké úložisko…, ktoré zadržalo väčšinu oxidu uhličitého mimo atmosféru.“
Keď sa však z atmosféry odstránil oxid uhličitý a začlenil sa do horniny, počasie sa spomalilo - k erodovaniu hôr bolo menej kyseliny uhličitej a hory sa znižovali. Sopky však do atmosféry stále chrlia veľké množstvo uhlíka z recyklovanej morskej kôry.
"Takže hladina oxidu uhličitého nakoniec opäť stúpa," hovorí Lowe. "Nikdy sa nemôže vrátiť na svoju plnú slávnu úroveň 70 stupňov Celzia, pravdepodobne sa však vyšplhal, aby sa Zem opäť zohriala."
Toto leto budú Lowe a Tice zbierať vzorky, ktoré im umožnia určiť teplotu tohto časového intervalu, asi pred 2,6 až 2,7 miliardami rokov, aby získali lepšiu predstavu o tom, ako horúca Zem sa dostala.
Nové kontinenty sa formovali a zvetrávali, čím sa z atmosféry opäť uvoľňoval oxid uhličitý. Asi pred 3 miliardami rokov sa vytvorilo asi 10 alebo 15 percent súčasnej oblasti Zeme v kontinentálnej kôre. Pred 2,5 miliardami rokov sa vytvorilo obrovské množstvo novej kontinentálnej kôry - asi 50 až 60 percent súčasnej oblasti kontinentálnej kôry. Počas tohto druhého cyklu spôsobilo zvetrávanie väčšieho množstva hornín ešte väčšie atmosférické chladenie, ktoré vyvolalo hlboké zaľadnenie asi pred 2,3 až 2,4 miliardami rokov.
Za posledných niekoľko miliónov rokov sme oscilovali medzi glaciálnymi a interglaciálnymi epochami, hovorí Lowe. Momentálne sme v medziregionálnom období. Je to prechod - a vedci sa stále snažia pochopiť rozsah globálnych klimatických zmien spôsobených ľuďmi v nedávnej histórii v porovnaní s prírodnými procesmi v priebehu vekov.
"Narušujeme systém sadzbami, ktoré výrazne presahujú sadzby, ktoré v minulosti charakterizovali klimatické zmeny," uviedol Lowe. „Napriek tomu sa v skutočnosti všetky experimenty, prakticky všetky variácie a všetky zmeny podnebia, ktorým sa dnes snažíme porozumieť, stali už predtým. Príroda už vykonala väčšinu týchto experimentov. Ak dokážeme analyzovať starodávne podnebie, atmosférické kompozície a súhru kôry, atmosféry, života a klímy v geologickej minulosti, môžeme urobiť niekoľko prvých krokov, aby sme pochopili, čo sa dnes deje a pravdepodobne sa stane zajtra. “
Pôvodný zdroj: Stanford News Release
