Die Vorgeschichte des Klimawandels. Wenn Methan das Wetter regulierte

Methan in primitiver Atmosphäre

Das wurde schon immer gesagt Klimawandel ist relativ modern und wird hauptsächlich durch große Treibhausgasemissionen in die Atmosphäre verursacht, wie z Methan und CO2 vom Menschen seit der industriellen Revolution. Was würden Sie jedoch denken, wenn ich Ihnen sagen würde, dass es in den Milliarden von Jahren seit der Entstehung der Erde andere Klimaveränderungen gegeben hat?

Die Erdatmosphäre war nicht immer dieselbe wie heute. Es hat viele Arten von Kompositionen durchgemacht. Was ist die Vorgeschichte des Klimawandels?

Wenn Methan das Wetter regulierte

Vor etwa 2.300 Milliarden Jahren hauchten seltsame Mikroorganismen dem damals "jungen" Planeten Erde neues Leben ein. Es geht um Cyanobakterien. Sie füllten den Planeten mit Luft. Es wird jedoch angenommen, dass lange vor dieser Zeit eine andere Gruppe einzelliger Organismen den Planeten bevölkerte und ihn bewohnbar machen könnte. Wir sprechen über Methanogene.

Methanogene sind einzellige Organismen, die nur unter Bedingungen überleben können, bei denen Es gibt keinen Sauerstoff und sie synthetisieren Methan während ihres Stoffwechsels als Abfallprodukt. Heute können wir Methanogene nur an Orten wie dem Darm von Wiederkäuern, dem Boden von Sedimenten und anderen Orten auf dem Planeten finden, an denen kein Sauerstoff vorhanden ist.

Methan

Methanmolekül

Wie wir wissen, ist Methan ein Treibhausgas, das speichert 23-mal mehr Wärme als Kohlendioxid, Es gibt also die Hypothese, dass in den ersten zwei Milliarden Jahren des Planeten Erde Methanogene herrschten. Das von diesen Organismen synthetisierte Methan verursachte einen Treibhauseffekt mit enormen Auswirkungen auf das Klima des gesamten Planeten.

Heute bleibt Methan aufgrund des Vorhandenseins von Sauerstoff nur etwa 10 Jahre in der Atmosphäre. Wenn der Erdatmosphäre jedoch Sauerstoffmoleküle fehlen, könnte Methan etwa 10.000 Jahre lang bestehen bleiben. Zu dieser Zeit war das Sonnenlicht nicht so stark wie jetzt, so dass die Menge an Strahlung, die die Erdoberfläche erreichte und somit den Planeten erwärmte, viel geringer war. Um die Temperatur des Planeten zu erhöhen und eine bewohnbare Umgebung zu schaffen, Methan wurde benötigt, um Wärme zu speichern.

Treibhauseffekt einer primitiven Atmosphäre

Als die Erde vor etwa 4.600 Milliarden Jahren geformt wurde, gab die Sonne eine Leuchtkraft ab, die 70% ihrer heutigen Leistung entspricht. Deshalb war die Atmosphäre vor der ersten Eiszeit (vor etwa 2.300 Milliarden Jahren) vollständig vom Treibhauseffekt abhängig.

Klimaspezialisten dachten in Ammoniak als Treibhausgas, das Wärme in der primitiven Atmosphäre speichert, da dies ein starkes Treibhausgas ist. In Abwesenheit von Luftsauerstoff zerstört ultraviolette Strahlung der Sonne jedoch schnell Ammoniak, wodurch Methan zu dieser Zeit das vorherrschende Gas ist.

Zum Beitrag von Wärme in der Atmosphäre und zum Treibhauseffekt fügen wir auch CO2 hinzu. Dann, seine Konzentration war viel geringerDeshalb könnte es nicht die Ursache für den Treibhauseffekt sein. CO2 wurde nur auf natürliche Weise über Vulkane in die Atmosphäre abgegeben.

Volcanes

Vulkane gaben CO2 und Wasserstoff ab

Die Rolle von Methan und dem Nebel, der den Planeten kühlte

Die Rolle von Methan bei der Regulierung des frühen Klimas begann vor etwa 3.500 Milliarden Jahren, als Methanogene Methangas in den Ozeanen als Abfallprodukt synthetisierten. Dieses Gas hat die Wärme der Sonne über einen weiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums eingefangen. Es ermöglichte auch den Durchgang von ultravioletter Strahlung, so dass unter diesen Faktoren, die mit dem vorhandenen CO2 hinzugefügt wurden, Sie hielten den Planeten auf einer bewohnbaren Temperatur.

Methanogene überlebten bei höheren Temperaturen besser. Mit steigenden Temperaturen wurde auch der Wasserkreislauf und die Gesteinserosion verbessert. Dieser Prozess der Erosion der Gesteine ​​extrahiert CO2 aus der Atmosphäre. So sehr Die Konzentration von Methan und CO2 in der Atmosphäre wurde gleich.

primitive Ozeane

Die Chemie der Atmosphäre führte dazu, dass Methanmoleküle polymerisierten (Ketten von miteinander verbundenen Methanmolekülen bildeten) und komplexe Kohlenwasserstoffe bildeten. Diese Kohlenwasserstoffe kondensierten zu Partikeln, die in großer Höhe sie bildeten einen orangefarbenen Nebel.  Diese organische Staubwolke kompensierte den Treibhauseffekt, indem sie das sichtbare Licht der einfallenden Sonnenstrahlung absorbierte und zurück in den Weltraum emittierte. Auf diese Weise reduzierte es die Wärmemenge, die die Oberfläche des Planeten erreicht, und trug zur Abkühlung des Klimas und zur Verlangsamung der Methanproduktion bei.

Thermophile Methanogene

Thermophile Methanogene sind solche, die in relativ hohen Temperaturbereichen überleben. Aus diesem Grund konnten die thermophilen Methanogene solche Bedingungen nicht überleben, als sich der Kohlenwasserstoffnebel bildete, als die globalen Temperaturen abkühlten und abnahmen. Mit einem kälteren Klima und einer schädlichen thermophilen Methanogenpopulation, Die Bedingungen auf dem Planeten haben sich geändert.

Die Atmosphäre hätte die Methankonzentration nur mit Methan so hoch halten können wäre mit Geschwindigkeiten erzeugt worden, die mit Strom vergleichbar sind. Methanogene erzeugten jedoch in unseren industriellen Aktivitäten nicht so viel Methan wie Menschen.

Methanogene

Thermophile Methanogene

Methanogene ernähren sich im Wesentlichen von Wasserstoff und CO2 und erzeugen Methan als Abfallprodukt. Einige andere verbrauchen Acetat und verschiedene andere Verbindungen aus dem anaeroben Abbau organischer Stoffe. Deshalb heute Methanogene Sie gedeihen nur im Magen von Wiederkäuern, dem Schlamm, der unter überfluteten Reisfeldern und anderen anoxischen Umgebungen liegt. Da der primitiven Atmosphäre jedoch Sauerstoff fehlte, wurde der gesamte von Vulkanen emittierte Wasserstoff in den Ozeanen gespeichert und von Methanogenen verwendet, da ihm kein Sauerstoff zur Bildung von Wasser zur Verfügung stand.

Nebel mit "Anti-Treibhaus" -Effekt

Aufgrund dieses positiven Rückkopplungszyklus (höhere Temperatur, mehr Methanogene, mehr Methan, mehr Wärme, mehr Temperatur…) wurde der Planet zu einem so heißen Gewächshaus, dass nur thermophile Mikroorganismen sich an diese neue Umgebung anpassen konnten. Wie ich bereits erwähnt habe, wurde jedoch aus Kohlenwasserstoffen ein Nebel gebildet, der die einfallende ultraviolette Strahlung wegführte das Wetter kühl machen. Auf diese Weise wurde die Methanproduktion gestoppt und die Temperaturen und die atmosphärische Zusammensetzung begannen sich zu stabilisieren.

Kohlenwasserstoffnebel

Wenn wir die Nebel mit denen von vergleichen Titan, der größte Satellit des Saturn, wir sehen, dass es auch die gleiche charakteristische orange Farbe hat, die der dichten Schicht von Kohlenwasserstoffpartikeln entspricht, die gebildet wird, wenn Methan mit Sonnenlicht reagiert. Diese Kohlenwasserstoffschicht macht Titans Oberfläche jedoch bei -179 Grad Celsius. Diese Atmosphäre ist kälter als der Planet Erde in seiner gesamten Geschichte.

Wenn die Kohlenwasserstoffwolke der Erde die Dichte von Titan erreicht hätte, hätte sie genug Sonnenlicht abgelenkt, um dem starken Treibhauseffekt von Methan entgegenzuwirken. Die gesamte Oberfläche des Planeten wäre gefroren und hätte so alle Methanogene zerstört. Der Unterschied zwischen Titan und Erde besteht darin, dass dieser Saturnmond weder CO2 noch Wasser enthält, sodass Methan leicht verdunstet.

Titan

Titan, der größte Satellit des Saturn

Das Ende der Methan-Ära

Der Nebel, der sich aus dem Methan bildete, hielt nicht ewig an. Es gab drei Vergletscherungen, seit das Proterozoikum und Methan erklären können, warum sie aufgetreten sind.

Die erste Vereisung wird als Huronische Vereisung bezeichnet und unter den ältesten Gesteinen, die unter seinen Gletscherablagerungen gefunden wurden, befinden sich Ablagerungen von Uraninit und Pyrit, zwei Mineralien, die auf einen sehr geringen Gehalt an Luftsauerstoff hinweisen. Oberhalb der Gletscherschichten wird jedoch ein rötlicher Sandstein beobachtet, der Hämatit enthält, ein Mineral, das in gebildet wird sauerstoffreiche Umgebungen. All dies deutet darauf hin, dass die Huronianische Vereisung genau zu dem Zeitpunkt auftrat, als der Luftsauerstoffgehalt zum ersten Mal in die Höhe schoss.

In dieser neuen Umgebung, die zunehmend reich an Sauerstoff, Methanogenen und anderen anaeroben Organismen ist, die einst den Planeten beherrschten, verschwanden sie allmählich oder wurden zunehmend auf engere Lebensräume beschränkt. Tatsächlich wäre die Methankonzentration gleich oder höher geblieben als heute, wenn der Sauerstoffgehalt niedriger gehalten worden wäre.

Vereisung

Dies erklärt, warum auf der Erde während des Proterozoikums Fast 1.500 Milliarden Jahre lang gab es keine Vereisungen, obwohl die Sonne noch ziemlich schwach war. Es wurde die Möglichkeit spekuliert, dass ein zweiter Anstieg des Luftsauerstoffs oder des gelösten Sulfats auch Vereisungsepisoden ausgelöst hätte, indem die Schutzwirkung von Methan verringert worden wäre.

Wie Sie sehen können, war die Erdatmosphäre nicht immer so wie heute. Es war frei von Sauerstoff (ein Molekül, das wir heute zum Leben brauchen) und wo Methan das Klima regulierte und den Planeten dominierte. Darüber hinaus hat sich nach den Vereisungen die Sauerstoffkonzentration erhöht, bis sie stabil und gleich der aktuellen ist, während das Methan auf engere Stellen reduziert wurde. Derzeit steigt die Methankonzentration aufgrund von Emissionen aus menschlichen Aktivitäten und trägt zum Treibhauseffekt und zum aktuellen Klimawandel bei.


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