Kliimamuutuste eelajalugu. Kui metaan reguleeris ilma

Seda on alati öeldud kliimamuutus on suhteliselt kaasaegne, mille põhjustavad peamiselt suured kasvuhoonegaaside heited atmosfääri, näiteks metaan ja CO2, inimeste poolt alates tööstusrevolutsioonist. Ent mida te arvate, kui ma ütleksin teile, et miljardite aastate jooksul pärast Maa moodustumist on toimunud muid kliimamuutusi?

Maa atmosfäär pole alati olnud sama, mis praegu. See on läbi teinud mitut tüüpi kompositsioone. Mis on kliimamuutuste eelajalugu?

Kui metaan reguleeris ilma

Umbes 2.300 miljardit aastat tagasi puhusid kummalised mikroorganismid tollasele "noorele" planeedile Maa uue elu. Jutt on tsüanobakteritest. Nad täitsid planeedi õhuga. Kuid arvatakse, et juba ammu enne seda aega asustas planeeti veel üks üherakuliste organismide rühm ja oleks võinud selle elamiskõlblikuks muuta. Me räägime metanogeenidest.

Metanogeenid on üherakulised organismid, mis suudavad ellu jääda ainult tingimustes, kus hapnikku pole ja nad sünteesivad metaani ainevahetuse käigus jääkainena. Täna võime metanogeene leida ainult sellistest kohtadest nagu mäletsejaliste sooled, setete põhi ja muud kohad planeedil, kus hapnikku pole.

Nagu me teame, on metaan kasvuhoonegaas, mis hoiab 23 korda rohkem soojust kui süsinikdioksiid, seega oletatakse, et planeedi Maa esimese kahe miljardi aasta jooksul valitsesid metanogeenid. Nende organismide sünteesitud metaan põhjustas kasvuhooneefekti, millel oli tohutu mõju kogu planeedi kliimale.

Praegu püsib metaan atmosfääris ainult umbes 10 aastat hapniku olemasolu tõttu. Kui aga Maa atmosfääris puuduvad hapnikumolekulid, võib metaan püsida umbes 10.000 XNUMX aastat. Sel ajal ei olnud päikesevalgus enam nii tugev kui praegu, seega oli Maa pinnale jõudva ja seetõttu planeeti soojendava kiirguse hulk palju väiksem. Sellepärast on planeedi temperatuuri tõstmiseks ja elamiskeskkonna loomiseks metaani oli vaja soojuse püüdmiseks.

Ürgse atmosfääri kasvuhooneefekt

Kui Maa moodustati umbes 4.600 miljardit aastat tagasi, andis Päike heleduse, mis võrdub 70% -ga sellest, mida ta täna teeb. Seetõttu sõltus atmosfäär enne esimest jääaega (umbes 2.300 miljardit aastat tagasi) täielikult kasvuhooneefektist.

Arvasid kliimamuutuste spetsialistid ammoniaagis kasvuhoonegaasina, mis säilitas soojuse ürgses atmosfääris, kuna see on võimas kasvuhoonegaas. Atmosfääri hapniku puudumisel hävitab aga Päikese ultraviolettkiirgus kiiresti ammoniaagi, muutes sel ajal valdavaks gaasiks metaani.

Soojuse ja atmosfääri kasvule lisame ka CO2. Selleks ajaks, tema kontsentratsioon oli palju väiksem, seetõttu ei saanud see olla kasvuhooneefekti põhjus. CO2 eraldus atmosfääri vaid looduslikult, vulkaanide kaudu.

Metaani roll ja udu, mis jahutas planeeti

Metaani roll primitiivse kliima reguleerimisel sai alguse umbes 3.500 miljardit aastat tagasi, kui metanogeenid sünteesisid ookeanides metaangaasi jääkainena. See gaas lõi Päikesest saadud soojuse kinni elektromagnetilise spektri laiale alale. See võimaldas ka ultraviolettkiirgust läbida, nii et nende tegurite hulka, mis lisati olemasolevale CO2-le, nad hoidsid planeeti elamiskõlblikul temperatuuril.

Metanogeenid elasid kõrgematel temperatuuridel paremini ellu. Temperatuuri tugevnemisel suurenes ka veeringe ja kivimite erosioon. See kivimite erosiooniprotsess eraldab atmosfäärist CO2. Nii palju metaani ja CO2 kontsentratsioon atmosfääris muutus võrdseks.

Atmosfääri keemia põhjustas metaanimolekulide polümerisatsiooni (moodustasid omavahel seotud metaanimolekulide ahelad) ja komplekssete süsivesinike moodustumise. Need süsivesinikud kondenseeruvad osakesteks, mis suurel kõrgusel nad moodustasid oranži udu.  See orgaanilise tolmu pilv kompenseeris kasvuhooneefekti, absorbeerides pealetungiva päikesekiirguse nähtavat valgust ja kiirates selle tagasi kosmosesse. Nii vähendas see planeedi pinnale jõudvat soojushulka ning aitas kaasa kliima jahutamisele ja metaani tootmise aeglustumisele.

Termofiilsed metanogeenid

Termofiilsed metanogeenid on need, mis säilivad üsna kõrgetes temperatuurivahemikes. Sel põhjusel, kui süsivesinike udu tekkis, globaalsete temperatuuride jahtudes ja langedes, ei suutnud termofiilsed metanogeenid selliseid tingimusi üle elada. Külmema kliimaga ja kahjuliku termofiilse metanogeeni populatsiooniga tingimused planeedil muutusid.

Atmosfäär oleks võinud metaani kontsentratsiooni nii kõrgena hoida ainult metaani korral oleks tekkinud vooluga võrreldaval kiirusel. Kuid metanogeenid ei tekitanud meie tööstustegevuses nii palju metaani kui inimesed.

Metanogeenid toituvad põhiliselt vesinikust ja CO2-st, tekitades jääkainena metaani. Mõned teised tarbivad orgaanilise aine anaeroobsel lagunemisel atsetaati ja mitmesuguseid muid ühendeid. Seetõttu on tänapäeval metanogeenid Nad arenevad vaid mäletsejaliste maos, muda, mis on aluseks üleujutatud riisipõldudel ja muudes anoksilistes keskkondades. Kuid kuna primitiivses atmosfääris puudus hapnik, ladustati kogu vulkaanide eraldatav vesinik ookeanides ja seda kasutasid metanogeenid, kuna sellel ei olnud vee moodustamiseks hapnikku.

"Kasvuhoonetevastase toime" udu

Selle positiivse tagasiside tsükli tõttu (kõrgem temperatuur, rohkem metanogeene, rohkem metaani, rohkem soojust, rohkem temperatuuri ...) muutus planeet nii kuumaks kasvuhooneks, et ainult termofiilsed mikroorganismid suutsid selle uue keskkonnaga kohaneda. Kuid nagu ma juba varem mainisin, tekkis udu süsivesinikest, mis viisid juhtuva ultraviolettkiirguse minema muutes ilma jahedaks. Nii peatati metaani tootmine ning temperatuurid ja atmosfääri koostis hakkasid stabiliseeruma.

Kui võrrelda udusid Titan, Saturni suurim satelliit, näeme, et sellel on ka sama iseloomulik oranž värv, mis vastab tihedale süsivesinikuosakeste kihile, mis tekib siis, kui metaan reageerib päikesevalgusega. Kuid see süsivesinike kiht muudab Titani pinna temperatuuriks -179 Celsiuse kraadi. See atmosfäär on külmem kui planeet Maa on olnud kogu selle ajaloo vältel.

Kui Maa süsivesinike pilv oleks saavutanud Titani omase tiheduse, oleks see metaani võimsa kasvuhooneefekti vastu võitlemiseks piisavalt päikesevalgust kõrvale juhtinud. Kogu planeedi pind oleks külmunud, tappes nii kõik metanogeenid. Titaani ja Maa erinevus seisneb selles, et sellel Saturni kuul pole ei CO2 ega vett, nii et metaan aurustub kergesti.

Metaaniajastu lõpp

Metaanist tekkinud udu ei püsinud igavesti. Pärast seda, kui proterosoikum ja metaan suudavad seletada nende tekkimist, on toimunud kolm jäätumist.

Esimest jäätumist nimetatakse Huronian jäätumiseks ja selle liustikukoha all leiduvate vanimate kivimite all leidub uraniniidi ja püriidi detriiti, mis on kaks mineraali, mis näitavad väga madalat atmosfääri hapniku taset. Kuid jääkihtide kohal täheldatakse punakat liivakivi, mis sisaldab hematiiti - mineraali, mis moodustub hapnikurikkad keskkonnad. Kõik see näitab, et Huronian jäätumine toimus just siis, kui atmosfääri hapniku tase hakkas esimest korda hüppeliselt tõusma.

Selles uues hapnikurikkas keskkonnas metanogeenid ja muud anaeroobsed organismid, mis kunagi planeedil domineerisid, kadusid järk-järgult või nähti üha enam piiratud elupaikadega. Tegelikult oleks metaani kontsentratsioon jäänud samaks või kõrgemaks kui praegu, kui hapniku taset oleks hoitud madalamal.

See seletab, miks Maal proterosoikumi ajal peaaegu 1.500 miljardi aasta jooksul ei olnud jäätumisi, kuigi Päike oli endiselt üsna nõrk. Spekuleeritakse võimalusega, et atmosfääri hapniku või lahustunud sulfaadi teine ​​tõus oleks samuti käivitanud jäätumise episoodid, vähendades metaani kaitsvat toimet.

Nagu näete, pole Maa atmosfäär alati olnud selline nagu praegu. Juhuslikult puudus hapnik (molekul, mille elamiseks vajame täna) ja kus metaan reguleeris kliimat ja domineeris planeedil. Peale seda on pärast jäätumisi hapniku kontsentratsioon suurenenud, kuni see muutub stabiilseks ja võrdseks praegusega, samas kui metaan on viidud kitsamatesse kohtadesse. Praegu suureneb metaani kontsentratsioon inimtegevusest tulenevate heitkoguste tõttu ning see aitab kaasa kasvuhooneefektile ja praegustele kliimamuutustele.