Praistorija klimatskih promjena. Kada je metan regulirao vrijeme

Oduvijek se to govorilo klimatska promjena To je nešto relativno moderno uzrokovano velikim emisijama stakleničkih plinova u atmosferu, kao npr metan i CO2, od strane ljudi od industrijske revolucije. Međutim, šta biste pomislili da vam kažem da su se tokom milijardi godina od nastanka Zemlje dogodile i druge klimatske promjene?

Zemljina atmosfera nije uvijek bila ista kao danas. Prošao je kroz mnoge vrste kompozicija. Koja je praistorija klimatskih promjena?

Kada je metan regulirao vrijeme

Prije oko 2.300 milijarde godina čudni mikroorganizmi udahnuli su novi život tadašnjoj "mladoj" planeti Zemlji. Radi se o cijanobakterijama. Ispunili su planetu vazduhom. Međutim, vjeruje se da je mnogo prije ovog vremena druga grupa jednoćelijskih organizama naselila planetu i mogla je učiniti pogodnom za život. Govorimo o metanogenima.

Metanogeni su jednoćelijski organizmi koji mogu preživjeti samo u uvjetima u kojima nema kiseonika i oni sintetiziraju metan tijekom svog metabolizma kao otpadni proizvod. Danas metanogene možemo pronaći samo na mjestima poput crijeva preživača, dna sedimenata i drugih mjesta na planeti gdje kisik ne postoji.

Kao što znamo, metan je staklenički plin koji zadržava 23 puta više toplote od ugljičnog dioksida, pa se pretpostavlja da su u prve dvije milijarde godina planete Zemlje vladali metanogeni. Metan koji sintetišu ovi organizmi izazvao je efekat staklene bašte sa ogromnim posljedicama na klimu cijele planete.

Danas metan u atmosferi ostaje samo oko 10 godina, zbog prisustva kiseonika. Međutim, ako Zemljinoj atmosferi nedostaju molekuli kiseonika, metan bi mogao postojati oko 10.000 XNUMX godina. U to vrijeme sunčeva svjetlost nije bila toliko jaka kao sada, pa je količina zračenja koja je dospjela na površinu zemlje i, prema tome, zagrijala planetu, bila mnogo manja. Zbog toga, da bismo povećali temperaturu planete i stvorili životnu sredinu, metan je bio potreban za zadržavanje toplote.

Efekat staklenika u primitivnoj atmosferi

Kada se Zemlja formirala prije oko 4.600 milijardi godina, Sunce je dalo sjaj ekvivalentan 70% onoga što radi danas. Zbog toga je prije prvog ledenog doba (prije oko 2.300 milijarde godina) atmosfera u potpunosti ovisila o efektu staklene bašte.

Mislili su stručnjaci za klimatske promjene u amonijaku kao staklenički plin koji zadržava toplinu u primitivnoj atmosferi, budući da je ovo moćan staklenički plin. Međutim, u odsustvu atmosferskog kiseonika, ultraljubičasto zračenje Sunca brzo uništava amonijak, čineći metan prevladavajućim plinom u to vrijeme.

Doprinosu topline u atmosferi i efektu staklenika dodajemo i CO2. Do tada, koncentracija mu je bila mnogo manja, zbog toga ne bi mogao biti uzrok efekta staklene bašte. CO2 se u atmosferu emitirao samo prirodno, putem vulkana.

Uloga metana i magle koja je hladila planetu

Uloga metana u regulaciji primitivne klime započela je prije oko 3.500 milijardi godina, kada su metanogeni sintetizirali plin metan u okeanima kao otpadni proizvod. Ovaj gas je zarobio sunčevu toplinu u širokom području elektromagnetnog spektra. Takođe je omogućio prolazak ultraljubičastog zračenja, pa je među tim faktorima dodanom postojećem CO2, održavali su planetu na životnoj temperaturi.

Metanogeni su bolje preživjeli na višim temperaturama. Kako su se temperature pojačavale, tako se pojačavao i ciklus vode i erozija stijena. Ovaj proces erozije stijena izvlači CO2 iz atmosfere. Dakle oboje koncentracija metana i CO2 u atmosferi postala je jednaka.

Kemija atmosfere dovela je do toga da se molekuli metana polimeriziraju (tvore lance molekula metana koji su međusobno povezani) i stvaraju složene ugljikovodike. Ovi ugljovodonici kondenzovali su se u čestice koje na velikoj nadmorskoj visini stvorili su narančastu maglu.  Ovaj oblak organske prašine kompenzirao je efekat staklene bašte apsorbujući vidljivu svjetlost od sunčevog zračenja i vraćajući je u svemir. Na taj način je smanjio količinu toplote koja je dopirala do površine planete i doprinio hlađenju klime i usporio proizvodnju metana.

Termofilni metanogeni

Termofilni metanogeni su oni koji opstaju u prilično visokim rasponima temperatura. Iz tog razloga, kada se formirala ugljikovodična magla, kako su se globalne temperature hladile i smanjivale, termofilni metanogeni nisu mogli preživjeti takve uvjete. Sa hladnijom klimom i štetnom termofilnom populacijom metanogena, uslovi na planeti su se promijenili.

Atmosfera je koncentraciju metana mogla održavati samo ako je metan tako visok generirao bi se brzinama uporedivim sa trenutnim. Međutim, metanogeni nisu generirali toliko metana kao ljudi u našim industrijskim aktivnostima.

Metanogeni se u osnovi hrane vodonikom i CO2, stvarajući metan kao otpadni proizvod. Neki drugi konzumiraju acetat i razna druga jedinjenja iz anaerobne razgradnje organske materije. Zbog toga su danas metanogeni Uspijevaju samo u želucima preživača, mulju koji leži u podlozi poplavljenih pirinča i drugih anoksičnih sredina. Ali budući da je primitivnoj atmosferi nedostajalo kiseonika, sav vodonik koji su vulkani emitirali bio je uskladišten u okeanima, a koristili su ga metanogeni, jer nije imao kiseonik na dohvat ruke za stvaranje vode.

Magla sa efektom "staklenika"

Zahvaljujući ovom ciklusu pozitivnih povratnih informacija (viša temperatura, više metanogena, više metana, više toplote, više temperature ...) planeta je postala toliko vruć staklenik da su se samo termofilni mikroorganizmi uspjeli prilagoditi novom okruženju. Međutim, kao što sam već spomenuo, magla se stvorila od ugljikovodika koji su odnijeli upadljivo ultraljubičasto zračenje čineći vrijeme hladnim. Na taj je način zaustavljena proizvodnja metana i temperature i atmosferski sastav počeli bi se stabilizirati.

Ako maglu uporedimo s onom Titan, najveći Saturnov satelit, vidimo da također ima istu karakterističnu narančastu boju koja odgovara gustom sloju čestica ugljikovodika, koji nastaje kad metan reagira na sunčevu svjetlost. Međutim, taj sloj ugljovodonika čini Titanovu površinu na -179 stepeni Celzijusa. Ova atmosfera je hladnija nego što je planeta Zemlja bila u čitavoj njenoj istoriji.

Da je Zemljin ugljikovodični oblak dostigao gustinu koju ima Titan, odbio bi dovoljno sunčeve svjetlosti da se suprotstavi snažnom efektu staklenika metana. Čitava površina planete bila bi smrznuta i tako ubila sve metanogene. Razlika između Titana i Zemlje je u tome što ovaj Saturnov mjesec nema ni CO2 ni vodu, pa metan lako isparava.

Kraj metanske ere

Magla koja se stvorila od metana nije trajala vječno. Od proterozoika su postojale tri glacijacije, a metan može objasniti zašto su se pojavile.

Prvo ledenje naziva se glaurocija Hurona a ispod najstarijih stijena pronađenih ispod njegovih ledenjačkih naslaga nalazi se detritus uraninita i pirita, dva minerala koji ukazuju na vrlo nizak nivo atmosferskog kiseonika. Međutim, iznad glečerskih slojeva uočava se crvenkast pješčenjak koji sadrži hematit, mineral koji nastaje u okruženja bogata kiseonikom. Sve ovo ukazuje na to da se glaurocija Hurona dogodila upravo kada su nivoi atmosferskog kiseonika prvi put počeli rasti u nebo.

U ovom novom okruženju koje je sve više bogato kiseonikom, metanogeni i drugi anaerobni organizmi koji su nekada dominirali planetom, postepeno su nestajali ili su bili viđeni sve više ograničeni na staništa. U stvari, koncentracija metana ostala bi ista ili veća nego danas, da se nivo kisika održavao nižim.

To objašnjava zašto je na Zemlji, tokom proterozoika, gotovo pola milijarde godina nije bilo glacijacija, iako je Sunce još uvijek bilo prilično slabo. Pretpostavlja se da bi drugi porast atmosferskog kiseonika ili otopljenog sulfata takođe pokrenuo epizode ledenog doba, smanjenjem zaštitnog učinka metana.

Kao što vidite, Zemljina atmosfera nije uvijek bila takva kakva je danas. Dogodilo se da je bez kisika (molekula koji nam je danas potreban za život) i tamo gdje je metan regulirao klimu i dominirao planetom. Nadalje, nakon ledenog doba koncentracija kisika se povećavala dok ne postane stabilna i jednaka trenutnoj, dok je metan smanjen na ograničenija mjesta. Trenutno se koncentracija metana povećava zbog emisija od ljudskih aktivnosti i doprinosi efektu staklene bašte i trenutnim klimatskim promjenama.