Pravěk změny klimatu. Když metan reguloval počasí

To se vždy říkalo klimatická změna je to něco relativně moderního způsobeného z velké části velkými emisemi skleníkových plynů do atmosféry, jako např metan a CO2, lidmi od průmyslové revoluce. Co byste si však mysleli, kdybych vám řekl, že za miliardy let od vzniku Země došlo k dalším klimatickým změnám?

Atmosféra Země nebyla vždy stejná jako dnes. Prošlo mnoha druhy skladeb. Jaká je prehistorie změny klimatu?

Když metan reguloval počasí

Asi před 2.300 miliardami let vdechly podivné mikroorganismy tehdy „mladé“ planetě Zemi nový život. Je to o sinicích. Naplnili planetu vzduchem. Předpokládá se však, že dlouho před touto dobou planetu osídlila další skupina jednobuněčných organismů a mohla ji učinit obyvatelnou. Mluvíme o methanogenu.

Methanogeny jsou jednobuněčné organismy, které mohou přežít pouze za podmínek, kdy není tam kyslík a syntetizují metan během svého metabolismu jako odpadní produkt. Dnes můžeme methanogeny najít pouze na místech, jako jsou střeva přežvýkavců, dno sedimentů a další místa na planetě, kde kyslík neexistuje.

Jak víme, metan je skleníkový plyn zadržuje 23krát více tepla než oxid uhličitý, existuje tedy hypotéza, že během prvních dvou miliard let planety Země vládly methanogeny. Metan syntetizovaný těmito organismy způsobil skleníkový efekt s enormními dopady na klima celé planety.

V současné době metan v atmosféře přetrvává pouze asi 10 let kvůli přítomnosti kyslíku. Pokud by však v zemské atmosféře chyběly molekuly kyslíku, mohl by metan přetrvávat asi 10.000 XNUMX let. V té době nebylo sluneční světlo tak silné jako nyní, takže množství radiace dopadající na zemský povrch, a tedy zahřívající planetu, bylo mnohem menší. Proto ke zvýšení teploty planety a vytvoření obyvatelného prostředí, k zachycení tepla byl zapotřebí metan.

Skleníkový efekt primitivní atmosféry

Když se Země formovala asi před 4.600 miliardami let, Slunce vydávalo svítivost ekvivalentní 70% toho, co dělá dnes. Proto byla atmosféra před první dobou ledovou (asi před 2.300 miliardami let) zcela závislá na skleníkovém efektu.

Mysleli odborníci na změnu klimatu v amoniaku jako skleníkový plyn, který zadržoval teplo v primitivní atmosféře, protože se jedná o silný skleníkový plyn. Avšak v nepřítomnosti atmosférického kyslíku ultrafialové záření ze Slunce rychle ničí amoniak, čímž se v té době stal metan převládajícím plynem.

K příspěvku tepla v atmosféře a skleníkovému efektu přidáváme také CO2. Do té doby, jeho koncentrace byla mnohem nižší, proto nemohla být příčinou skleníkového efektu. CO2 byl do atmosféry emitován pouze přirozeně, prostřednictvím sopek.

Role metanu a mlhy, která ochladila planetu

Role metanu v regulaci primitivního podnebí začala před asi 3.500 miliardami let, kdy methanogeny syntetizovaly metanový plyn v oceánech jako odpadní produkt. Tento plyn zachytával teplo ze Slunce v široké oblasti elektromagnetického spektra. Také to umožnilo průchod ultrafialového záření, takže mezi tyto faktory přidané ke stávajícímu CO2, udržovali planetu na obyvatelné teplotě.

Methanogeny přežily lépe při vyšších teplotách. Jak se teploty zvyšovaly, zvyšoval se také vodní cyklus a eroze hornin. Tento proces eroze hornin extrahuje CO2 z atmosféry. Tak moc koncentrace metanu a CO2 v atmosféře se vyrovnala.

Chemie atmosféry způsobila polymeraci molekul metanu (vytvoření řetězců molekul metanu spojených dohromady) a vytvoření komplexních uhlovodíků. Tyto uhlovodíky kondenzovaly na částice, které ve vysoké nadmořské výšce vytvořili oranžovou mlhu.  Tento oblak organického prachu kompenzoval skleníkový efekt absorpcí viditelného světla z dopadajícího slunečního záření a jeho emitováním zpět do vesmíru. Tímto způsobem snížilo množství tepla dopadajícího na povrch planety a přispělo k ochlazení podnebí a zpomalení produkce metanu.

Termofilní methanogeny

Termofilní methanogeny jsou ty, které přežívají v poměrně vysokých teplotních rozsazích. Z tohoto důvodu, když se tvořila uhlovodíková mlha, jak se globální teploty ochlazovaly a snižovaly, nemohly termofilní methanogeny takové podmínky přežít. S chladnějším podnebím a škodlivou termofilní populací methanogenu, podmínky na planetě se změnily.

Atmosféra mohla udržovat tak vysokou koncentraci metanu pouze v případě metanu by byly generovány při rychlostech srovnatelných se současnými. Methanogeny však v našich průmyslových činnostech negenerovaly tolik metanu jako lidé.

Methanogeny se v zásadě živí vodíkem a CO2 a vytvářejí metan jako odpadní produkt. Někteří jiní konzumují acetát a různé další sloučeniny z anaerobní degradace organické hmoty. Proto jsou dnes methanogeny Prosperují pouze v žaludcích přežvýkavců, bahně, které je základem zaplavených rýžových polí a dalších anoxických prostředí. Ale protože primitivní atmosféra postrádala kyslík, veškerý vodík emitovaný sopkami byl skladován v oceánech a byl využíván methanogeny, protože neměl k dispozici kyslík k tvorbě vody.

Mlha „anti skleníkového“ efektu

Díky tomuto cyklu pozitivní zpětné vazby (vyšší teplota, více methanogenů, více metanu, více tepla, více teploty…) se planeta stala tak horkým skleníkem, že se tomuto novému prostředí dokázaly přizpůsobit pouze teplomilné mikroorganismy. Jak jsem však již zmínil, z uhlovodíků se vytvořila mlha, která odnesla dopadající ultrafialové záření zchladit počasí. Tímto způsobem byla zastavena výroba metanu a teploty a složení atmosféry se začaly stabilizovat.

Pokud porovnáme mlhy s mlhou Titan, největší satelit Saturnu, vidíme, že má také stejnou charakteristickou oranžovou barvu odpovídající husté vrstvě uhlovodíkových částic, která se tvoří, když methan reaguje se slunečním zářením. Tato vrstva uhlovodíků však činí povrch Titanu při -179 stupních Celsia. Tato atmosféra je chladnější než planeta Země v celé její historii.

Pokud by zemský uhlovodíkový mrak dosáhl hustoty, jakou má Titan, odvrátil by dostatek slunečního světla, aby potlačil silný skleníkový efekt metanu. Celý povrch planety by zmrzl, což by zabilo všechny methanogeny. Rozdíl mezi Titanem a Zemí spočívá v tom, že tento měsíc Saturnu nemá ani CO2 ani vodu, takže metan se snadno odpařuje.

Konec éry metanu

Mlha, která se vytvořila z metanu, netrvala věčně. Od proterozoika a metanu lze vysvětlit, proč k nim došlo, došlo ke třem zaledněním.

První zalednění se nazývá huronské zalednění a pod nejstaršími horninami nalezenými pod jeho ledovcovými ložisky jsou zbytky uraninitu a pyritu, dvou minerálů, které naznačují velmi nízkou hladinu atmosférického kyslíku. Nad ledovcovými vrstvami je však pozorován načervenalý pískovec, který obsahuje hematit, minerál, který se tvoří v prostředí bohaté na kyslík. To vše naznačuje, že huronské zalednění proběhlo přesně v době, kdy začala rychle stoupat hladina kyslíku v atmosféře.

V tomto novém prostředí, stále více bohatém na kyslík, methanogeny a další anaerobní organismy, které kdysi dominovaly planetě, postupně mizely nebo byly stále více omezovány na omezenější stanoviště. Ve skutečnosti by koncentrace metanu zůstala stejná nebo vyšší než dnes, kdyby byly hladiny kyslíku udržovány na nižší úrovni.

To vysvětluje, proč na Zemi během proterozoika téměř 1.500 miliardy let nedošlo k žádnému zalednění, i když Slunce bylo stále docela slabé. Spekulovalo se o možnosti, že druhý vzestup atmosférického kyslíku nebo rozpuštěného síranu by také spustil epizody zalednění snížením ochranného účinku methanu.

Jak vidíte, atmosféra Země nebyla vždy taková, jaká je dnes. Stalo se, že postrádal kyslík (molekula, kterou dnes potřebujeme k životu) a kde metan reguloval klima a ovládal planetu. Kromě toho po zalednění koncentrace kyslíku vzrostla, dokud se nestala stabilní a rovna současné, zatímco metan byl snížen na omezenější místa. V současné době koncentrace metanu stoupá v důsledku emisí z lidské činnosti a přispívá ke skleníkovému efektu a současné změně klimatu.