Η προϊστορία της κλιματικής αλλαγής. Όταν το μεθάνιο ρύθμισε τον καιρό

Πάντα λέγεται ότι την αλλαγή του κλίματος Είναι κάτι σχετικά σύγχρονο που προκαλείται, ως επί το πλείστον, από μεγάλες εκπομπές αερίων θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα, όπως μεθάνιο και CO2, από τους ανθρώπους από τη βιομηχανική επανάσταση. Ωστόσο, τι θα σκεφτόσασταν αν σας είπα ότι τα δισεκατομμύρια χρόνια από τότε που σχηματίστηκε η Γη υπήρξαν άλλες κλιματικές αλλαγές;

Η ατμόσφαιρα της Γης δεν ήταν πάντα η ίδια όπως είναι σήμερα. Έχει περάσει από πολλούς τύπους συνθέσεων. Ποια είναι η προϊστορία της κλιματικής αλλαγής;

Όταν το μεθάνιο ρύθμισε τον καιρό

Πριν από περίπου 2.300 δισεκατομμύρια χρόνια, περίεργοι μικροοργανισμοί έδωσαν νέα ζωή στον τότε «νεαρό» πλανήτη Γη. Πρόκειται για κυανοβακτήρια. Γεμίζουν τον πλανήτη με αέρα. Ωστόσο, πιστεύεται ότι πολύ πριν από αυτό το διάστημα, μια άλλη ομάδα μονοκυτταρικών οργανισμών κατοικούσε τον πλανήτη και θα μπορούσε να τον έκανε κατοικήσιμο. Μιλάμε για μεθανογόνα.

Τα μεθανογόνα είναι μονοκύτταροι οργανισμοί που μπορούν να επιβιώσουν μόνο υπό συνθήκες όπου Δεν υπάρχει οξυγόνο και συνθέτουν το μεθάνιο κατά τη διάρκεια του μεταβολισμού τους ως προϊόν απορριμμάτων. Σήμερα μπορούμε να βρούμε μόνο μεθανογόνα σε μέρη όπως τα έντερα των μηρυκαστικών, τον πυθμένα των ιζημάτων και άλλα μέρη του πλανήτη όπου δεν υπάρχει οξυγόνο.

Όπως γνωρίζουμε, το μεθάνιο είναι ένα αέριο θερμοκηπίου διατηρεί 23 φορές περισσότερη θερμότητα από το διοξείδιο του άνθρακα, έτσι υποτίθεται ότι για τα πρώτα δύο δισεκατομμύρια χρόνια του πλανήτη Γη, τα μεθανογόνα κυβέρνησαν. Το μεθάνιο που συντίθεται από αυτούς τους οργανισμούς προκάλεσε φαινόμενο θερμοκηπίου με τεράστιες επιπτώσεις στο κλίμα ολόκληρου του πλανήτη.

Σήμερα, το μεθάνιο παραμένει μόνο στην ατμόσφαιρα για περίπου 10 χρόνια, λόγω της παρουσίας οξυγόνου. Ωστόσο, εάν η ατμόσφαιρα της Γης δεν είχε μόρια οξυγόνου, το μεθάνιο θα μπορούσε να παραμείνει για περίπου 10.000 χρόνια. Εκείνη την εποχή, το φως του ήλιου δεν ήταν τόσο ισχυρό όσο είναι τώρα, έτσι η ποσότητα της ακτινοβολίας που έφτασε στην επιφάνεια της γης και, ως εκ τούτου, θερμαίνει τον πλανήτη, ήταν πολύ μικρότερη. Γι 'αυτό, για να αυξήσετε τη θερμοκρασία του πλανήτη και να δημιουργήσετε ένα κατοικήσιμο περιβάλλον, Το μεθάνιο χρειάστηκε για να παγιδεύσει τη θερμότητα.

Επίδραση θερμοκηπίου μιας πρωτόγονης ατμόσφαιρας

Όταν η Γη σχηματίστηκε περίπου 4.600 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, ο Ήλιος έδωσε μια φωτεινότητα ισοδύναμη με το 70% του τι κάνει σήμερα. Γι 'αυτό, πριν από την πρώτη εποχή των παγετώνων (πριν από περίπου 2.300 δισεκατομμύρια χρόνια) η ατμόσφαιρα εξαρτάται εξ ολοκλήρου από το φαινόμενο του θερμοκηπίου.

Σκέφτηκαν οι ειδικοί για την κλιματική αλλαγή στην αμμωνία ως το αέριο του θερμοκηπίου που διατήρησε τη θερμότητα στην πρωτόγονη ατμόσφαιρα, καθώς αυτό είναι ένα ισχυρό αέριο θερμοκηπίου. Ωστόσο, απουσία ατμοσφαιρικού οξυγόνου, η υπεριώδης ακτινοβολία από τον Ήλιο καταστρέφει γρήγορα την αμμωνία, καθιστώντας το μεθάνιο το κυρίαρχο αέριο εκείνη την εποχή.

Στη συμβολή της θερμότητας στην ατμόσφαιρα και το φαινόμενο του θερμοκηπίου προσθέτουμε επίσης CO2. Μέχρι τότε, η συγκέντρωσή του ήταν πολύ χαμηλότερη, γι 'αυτό δεν θα μπορούσε να είναι η αιτία του φαινομένου του θερμοκηπίου. Το CO2 εκπέμπεται μόνο στην ατμόσφαιρα φυσικά, μέσω ηφαιστείων.

Ο ρόλος του μεθανίου και της ομίχλης που ψύχεται τον πλανήτη

Ο ρόλος του μεθανίου στη ρύθμιση του πρωτόγονου κλίματος ξεκίνησε περίπου 3.500 δισεκατομμύρια χρόνια πριν, όταν τα μεθανογόνα συνθέτουν αέριο μεθάνιο στους ωκεανούς ως απόβλητο. Αυτό το αέριο παγιδεύει τη θερμότητα του Ήλιου σε μια ευρεία περιοχή του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Επίσης επέτρεψε τη διέλευση της υπεριώδους ακτινοβολίας, οπότε μεταξύ αυτών των παραγόντων προστέθηκε στο υπάρχον CO2, κράτησαν τον πλανήτη σε κατοικήσιμη θερμοκρασία.

Τα μεθανογόνα επέζησαν καλύτερα σε υψηλότερες θερμοκρασίες. Καθώς οι θερμοκρασίες εντατικοποιήθηκαν, το ίδιο έκανε και ο κύκλος του νερού και η διάβρωση των βράχων. Αυτή η διαδικασία διάβρωσης των βράχων, εξάγει CO2 από την ατμόσφαιρα. Και τα δύο η συγκέντρωση του μεθανίου και εκείνη του CO2 στην ατμόσφαιρα έγινε ίση.

Η χημεία της ατμόσφαιρας προκάλεσε τον πολυμερισμό των μορίων μεθανίου (σχηματίζουν αλυσίδες μορίων μεθανίου συνδεδεμένα μεταξύ τους) και σχηματίζουν πολύπλοκους υδρογονάνθρακες. Αυτοί οι υδρογονάνθρακες συμπυκνώθηκαν σε σωματίδια που, σε μεγάλο υψόμετρο, σχημάτισαν μια πορτοκαλί ομίχλη.  Αυτό το νέφος οργανικής σκόνης αντιστάθμισε το φαινόμενο του θερμοκηπίου απορροφώντας το ορατό φως από την προσπίπτουσα ηλιακή ακτινοβολία και εκπέμποντάς το πίσω στο διάστημα. Με αυτόν τον τρόπο, μείωσε την ποσότητα θερμότητας που φτάνει στην επιφάνεια του πλανήτη και συνέβαλε στην ψύξη του κλίματος και στη μείωση της παραγωγής μεθανίου.

Θερμοφιλικά μεθανογόνα

Τα θερμοφιλικά μεθανογόνα είναι εκείνα που επιβιώνουν σε αρκετά υψηλές θερμοκρασίες. Για το λόγο αυτό, όταν σχηματίστηκε ομίχλη υδρογονάνθρακα, καθώς οι παγκόσμιες θερμοκρασίες ψύχθηκαν και μειώθηκαν, τα θερμόφιλα μεθανογόνα δεν μπορούσαν να επιβιώσουν σε τέτοιες συνθήκες. Με ψυχρότερο κλίμα και επιζήμιο θερμοφιλικό πληθυσμό μεθανογόνου, οι συνθήκες στον πλανήτη άλλαξαν.

Η ατμόσφαιρα θα μπορούσε να διατηρήσει τις συγκεντρώσεις μεθανίου τόσο υψηλές μόνο εάν το μεθάνιο θα είχε δημιουργηθεί σε ταχύτητες συγκρίσιμες με τις τρέχουσες. Ωστόσο, τα μεθανογόνα δεν παρήγαγαν τόσο μεθάνιο όσο και οι άνθρωποι στις βιομηχανικές μας δραστηριότητες.

Τα μεθανογόνα βασικά τροφοδοτούν υδρογόνο και CO2, παράγοντας μεθάνιο ως απόβλητο προϊόν. Μερικοί άλλοι καταναλώνουν οξικό και διάφορες άλλες ενώσεις από την αναερόβια αποικοδόμηση της οργανικής ύλης. Γι 'αυτό, σήμερα, τα μεθανογόνα Ευδοκιμούν μόνο στο στομάχι των μηρυκαστικών, το λάσπη που κρύβεται κάτω από τις πλημμυρισμένες ορυζώνες και άλλα ανοξικά περιβάλλοντα. Όμως, επειδή η πρωτόγονη ατμόσφαιρα δεν είχε οξυγόνο, όλο το υδρογόνο που εκπέμπεται από τα ηφαίστεια αποθηκεύτηκε στους ωκεανούς και χρησιμοποιήθηκε από μεθανογόνα, καθώς δεν είχε οξυγόνο προσιτό για να σχηματίσει νερό.

Ομίχλη του φαινομένου "αντι θερμοκηπίου"

Λόγω αυτού του κύκλου θετικής ανατροφοδότησης (υψηλότερη θερμοκρασία, περισσότερα μεθανογόνα, περισσότερο μεθάνιο, περισσότερη θερμότητα, περισσότερη θερμοκρασία…) ο πλανήτης έγινε ένα τόσο θερμό θερμοκήπιο που μόνο θερμοφιλικοί μικροοργανισμοί κατάφεραν να προσαρμοστούν σε αυτό το νέο περιβάλλον. Ωστόσο, όπως ανέφερα προηγουμένως, σχηματίστηκε μια ομίχλη από υδρογονάνθρακες που παρέσυρε την προσπίπτουσα υπεριώδη ακτινοβολία κάνοντας τον καιρό δροσερό. Με αυτόν τον τρόπο, η παραγωγή μεθανίου σταμάτησε και οι θερμοκρασίες και η ατμοσφαιρική σύνθεση θα αρχίσουν να σταθεροποιούνται.

Αν συγκρίνουμε τις ομίχλες με εκείνες του Τιτάνας, ο μεγαλύτερος δορυφόρος του Κρόνου, βλέπουμε ότι έχει επίσης το ίδιο χαρακτηριστικό πορτοκαλί χρώμα που αντιστοιχεί στο πυκνό στρώμα σωματιδίων υδρογονάνθρακα, το οποίο σχηματίζεται όταν το μεθάνιο αντιδρά με το φως του ήλιου. Ωστόσο, αυτό το στρώμα υδρογονανθράκων κάνει την επιφάνεια του Τιτάνα στους -179 βαθμούς Κελσίου. Αυτή η ατμόσφαιρα είναι πιο κρύα από ό, τι ο πλανήτης Γη υπήρξε σε ολόκληρη την ιστορία του.

Εάν το νέφος υδρογονανθράκων της Γης είχε φτάσει στην πυκνότητα που έχει ο Τιτάνας, θα είχε εκτρέψει αρκετό ηλιακό φως για να αντισταθμίσει το ισχυρό φαινόμενο του μεθανίου του θερμοκηπίου. Ολόκληρη η επιφάνεια του πλανήτη θα είχε παγώσει, σκοτώνοντας έτσι όλα τα μεθανογόνα. Η διαφορά μεταξύ του Τιτάνα και της Γης είναι ότι αυτό το φεγγάρι του Κρόνου δεν έχει ούτε CO2 ούτε νερό, έτσι το μεθάνιο εξατμίζεται εύκολα.

Το τέλος της εποχής του μεθανίου

Η ομίχλη που σχηματίστηκε από το μεθάνιο δεν κράτησε για πάντα. Έχουν υπάρξει τρεις παγετώνες από τότε που το Proterozoic, και το μεθάνιο μπορεί να εξηγήσει γιατί συνέβησαν.

Ο πρώτος παγετώνας ονομάζεται παγετώνας Huronian Και κάτω από τους παλαιότερους βράχους που βρέθηκαν κάτω από τις παγετώδεις εναποθέσεις του, υπάρχουν υπολείμματα ουρανινίτη και πυρίτη, δύο ορυκτά που δείχνουν πολύ χαμηλό επίπεδο ατμοσφαιρικού οξυγόνου. Ωστόσο, πάνω από τα παγετώδη στρώματα, παρατηρείται κοκκινωπός ψαμμίτης που περιέχει αιματίτη, ένα ορυκτό που σχηματίζεται σε πλούσια σε οξυγόνο περιβάλλοντα. Όλα αυτά δείχνουν ότι ο παγετώνας της Χουρονίας συνέβη ακριβώς όταν τα επίπεδα του ατμοσφαιρικού οξυγόνου άρχισαν να ανεβαίνουν στα ύψη.

Σε αυτό το νέο περιβάλλον όλο και περισσότερο πλούσιο σε οξυγόνο, μεθανογόνα και άλλους αναερόβιους οργανισμούς που κάποτε κυριαρχούσαν στον πλανήτη, σταδιακά εξαφανίστηκαν ή φαινόταν όλο και περισσότερο περιορισμένοι σε πιο περιορισμένους οικοτόπους. Στην πραγματικότητα, η συγκέντρωση του μεθανίου θα παρέμενε η ίδια ή υψηλότερη από αυτήν που είναι σήμερα, εάν τα επίπεδα οξυγόνου είχαν διατηρηθεί χαμηλότερα.

Αυτό εξηγεί γιατί στη Γη, κατά τη διάρκεια του Πρωτεροζωικού, δεν υπήρχαν παγετώνες για σχεδόν 1.500 δισεκατομμύριο χρόνια, παρόλο που ο Ήλιος ήταν ακόμα αρκετά αδύναμος. Έχει υποτεθεί ότι μια δεύτερη αύξηση του ατμοσφαιρικού οξυγόνου, ή σε διαλυμένο θειικό, θα είχε επίσης προκαλέσει επεισόδια εποχής πάγου, μειώνοντας την προστατευτική επίδραση του μεθανίου.

Όπως μπορείτε να δείτε, η ατμόσφαιρα της Γης δεν ήταν πάντα όπως είναι σήμερα. Έτυχε να είναι χωρίς οξυγόνο (ένα μόριο που χρειαζόμαστε σήμερα για να ζήσουμε) και όπου το μεθάνιο ρύθμισε το κλίμα και κυριάρχησε στον πλανήτη. Επιπλέον, μετά την εποχή των πάγων, η συγκέντρωση οξυγόνου έχει αυξηθεί έως ότου γίνει σταθερή και ίση με την τρέχουσα, ενώ το μεθάνιο έχει μειωθεί σε πιο περιορισμένες θέσεις. Επί του παρόντος, η συγκέντρωση του μεθανίου αυξάνεται λόγω των εκπομπών από ανθρώπινες δραστηριότητες και συμβάλλει στην επίδραση του θερμοκηπίου και στην τρέχουσα κλιματική αλλαγή.