La préhistoire du changement climatique. Quand le méthane régulait le temps

On a toujours dit que le changement climatique C'est quelque chose de relativement moderne causé, pour la plupart, par d'importantes émissions de gaz à effet de serre dans l'atmosphère, telles que méthane et le CO2, par les humains depuis la révolution industrielle. Cependant, que penseriez-vous si je vous disais qu'au cours des milliards d'années depuis la formation de la Terre, il y a eu d'autres changements climatiques?

L'atmosphère terrestre n'a pas toujours été la même qu'aujourd'hui. Il a traversé de nombreux types de compositions. Quelle est la préhistoire du changement climatique?

Quand le méthane régulait le temps

Il y a environ 2.300 milliards d'années, d'étranges micro-organismes ont insufflé une nouvelle vie à la «jeune» planète Terre. Il s'agit de cyanobactéries. Ils ont rempli la planète d'air. Cependant, on pense que bien avant cette époque, un autre groupe d'organismes unicellulaires peuplait la planète et aurait pu la rendre habitable. Nous parlons de méthanogènes.

Les méthanogènes sont des organismes unicellulaires qui ne peuvent survivre que dans des conditions où il n'y a pas d'oxygène et ils synthétisent du méthane au cours de leur métabolisme comme déchet. Aujourd'hui, nous ne pouvons trouver des méthanogènes que dans des endroits comme les intestins des ruminants, le fond des sédiments et d'autres endroits de la planète où l'oxygène n'existe pas.

Comme nous le savons, le méthane est un gaz à effet de serre retient 23 fois plus de chaleur que le dioxyde de carbone, on émet donc l'hypothèse que pendant les deux premiers milliards d'années de la planète Terre, les méthanogènes ont régné. Le méthane synthétisé par ces organismes a provoqué un effet de serre avec d'énormes répercussions sur le climat de toute la planète.

Aujourd'hui, le méthane ne persiste dans l'atmosphère que pendant environ 10 ans, en raison de la présence d'oxygène. Cependant, si l'atmosphère terrestre manquait de molécules d'oxygène, le méthane pourrait persister pendant environ 10.000 XNUMX ans. À cette époque, la lumière du soleil n'était pas aussi forte qu'aujourd'hui, donc la quantité de rayonnement qui atteignait la surface de la terre et, par conséquent, réchauffait la planète, était beaucoup moins élevée. C'est pourquoi, pour augmenter la température de la planète et créer un environnement habitable, le méthane était nécessaire pour piéger la chaleur.

Effet de serre d'une atmosphère primitive

Lorsque la Terre s'est formée il y a environ 4.600 milliards d'années, le Soleil a dégagé une luminosité équivalente à 70% de ce qu'il fait aujourd'hui. C'est pourquoi, avant la première période glaciaire (il y a environ 2.300 milliards d'années), l'atmosphère était entièrement dépendante de l'effet de serre.

Les spécialistes du changement climatique ont pensé dans l'ammoniaque comme le gaz à effet de serre qui retenait la chaleur dans l'atmosphère primitive, puisqu'il s'agit d'un puissant gaz à effet de serre. Cependant, en l'absence d'oxygène atmosphérique, le rayonnement ultraviolet du Soleil détruit rapidement l'ammoniac, faisant du méthane le gaz prédominant à l'époque.

À l'apport de chaleur dans l'atmosphère et à l'effet de serre, nous ajoutons également du CO2. À ce moment-là, sa concentration était beaucoup plus faible, c'est pourquoi il ne pourrait pas être la cause de l'effet de serre. Le CO2 n'était émis dans l'atmosphère que naturellement, à travers les volcans.

Le rôle du méthane et du brouillard qui a refroidi la planète

Le rôle du méthane dans la régulation du climat primitif a commencé il y a environ 3.500 milliards d'années, lorsque les méthanogènes ont synthétisé le méthane gazeux dans les océans en tant que déchet. Ce gaz a piégé la chaleur du Soleil dans une large région du spectre électromagnétique. Il a également permis le passage du rayonnement ultraviolet, donc parmi ces facteurs ajoutés au CO2 existant, ils ont maintenu la planète à une température habitable.

Les méthanogènes ont mieux survécu à des températures plus élevées. Au fur et à mesure que les températures s'intensifiaient, le cycle de l'eau et l'érosion des roches augmentaient également. Ce processus d'érosion des roches, extrait le CO2 de l'atmosphère. Donc les deux la concentration de méthane et celle de CO2 dans l'atmosphère sont devenues égales.

La chimie de l'atmosphère a fait polymériser les molécules de méthane (former des chaînes de molécules de méthane liées entre elles) et former des hydrocarbures complexes. Ces hydrocarbures se condensent en particules qui, à haute altitude, ils formaient une brume orange.  Ce nuage de poussière organique a compensé l'effet de serre en absorbant la lumière visible du rayonnement solaire incident et en la renvoyant dans l'espace. De cette manière, il a réduit la quantité de chaleur atteignant la surface de la planète et a contribué au refroidissement du climat et à ralentir la production de méthane.

Méthanogènes thermophiles

Les méthanogènes thermophiles sont ceux qui survivent dans des plages de températures assez élevées. Pour cette raison, lorsque le brouillard d'hydrocarbure s'est formé, lorsque les températures globales se sont refroidies et ont diminué, les méthanogènes thermophiles ne pouvaient pas survivre à de telles conditions. Avec un climat plus froid et une population méthanogène thermophile néfaste, les conditions sur la planète ont changé.

L'atmosphère n'aurait pu maintenir des concentrations de méthane aussi élevées que si le méthane aurait été généré à des vitesses comparables au courant. Cependant, les méthanogènes ne génèrent pas autant de méthane que les humains dans nos activités industrielles.

Les méthanogènes se nourrissent essentiellement d'hydrogène et de CO2, générant du méthane comme déchet. Certains autres consomment de l'acétate et divers autres composés issus de la dégradation anaérobie de la matière organique. C'est pourquoi, aujourd'hui, les méthanogènes Ils ne se développent que dans l'estomac des ruminants, le limon qui sous-tend les rizières inondées et d'autres environnements anoxiques. Mais comme l'atmosphère primitive manquait d'oxygène, tout l'hydrogène émis par les volcans était stocké dans les océans et utilisé par les méthanogènes, car il n'avait pas d'oxygène à portée de main pour former de l'eau.

Brouillard d'effet "anti-serre"

Grâce à ce cycle de rétroaction positive (température plus élevée, plus de méthanogènes, plus de méthane, plus de chaleur, plus de température…) la planète est devenue une serre si chaude que seuls les microorganismes thermophiles ont réussi à s'adapter à ce nouvel environnement. Cependant, comme je l'ai mentionné précédemment, un brouillard s'est formé à partir d'hydrocarbures qui ont emporté le rayonnement ultraviolet incident. rendre le temps frais. De cette manière, la production de méthane a été interrompue et les températures et la composition atmosphérique commenceraient à se stabiliser.

Si nous comparons les brumes avec celle de Titan, le plus grand satellite de Saturne, on voit qu'il a également la même couleur orange caractéristique correspondant à la couche dense de particules d'hydrocarbures, qui se forme lorsque le méthane réagit avec la lumière du soleil. Cependant, cette couche d'hydrocarbures rend la surface de Titan à -179 degrés Celsius. Cette atmosphère est plus froide que la planète Terre ne l'a été dans toute son histoire.

Si le nuage d'hydrocarbures de la Terre avait atteint la densité de Titan, il aurait dévié suffisamment de lumière du soleil pour contrer le puissant effet de serre du méthane. La surface entière de la planète aurait gelé, tuant ainsi tous les méthanogènes. La différence entre Titan et la Terre est que cette lune de Saturne n'a ni CO2 ni eau, donc le méthane s'évapore facilement.

La fin de l'ère du méthane

Le brouillard qui s'est formé à partir du méthane n'a pas duré éternellement. Il y a eu trois glaciations depuis le Protérozoïque, et le méthane peut expliquer pourquoi elles se sont produites.

La première glaciation s'appelle la glaciation huronienne et sous les roches les plus anciennes trouvées sous ses dépôts glaciaires, il y a des détritus d'uraninite et de pyrite, deux minéraux qui indiquent un très faible niveau d'oxygène atmosphérique. Cependant, au-dessus des couches glaciaires, on observe un grès rougeâtre qui contient de l'hématite, un minéral qui se forme dans environnements riches en oxygène. Tout cela indique que la glaciation huronienne s'est produite précisément lorsque les niveaux d'oxygène atmosphérique ont commencé à monter en flèche.

Dans ce nouvel environnement de plus en plus riche en oxygène, les méthanogènes et autres organismes anaérobies qui dominaient autrefois la planète, ont progressivement disparu ou ont été vus de plus en plus confinés dans des habitats plus restreints. En fait, la concentration de méthane serait restée la même ou plus élevée qu'elle ne l'est aujourd'hui si les niveaux d'oxygène avaient été maintenus plus bas.

Ceci explique pourquoi sur Terre, pendant le Protérozoïque, il n'y a pas eu de glaciations pendant près de 1.500 milliard d'années, même si le soleil était encore assez faible. On a émis l'hypothèse qu'une deuxième augmentation de l'oxygène atmosphérique, ou du sulfate dissous, aurait également déclenché des épisodes de la période glaciaire, en réduisant l'effet protecteur du méthane.

Comme vous pouvez le voir, l'atmosphère terrestre n'a pas toujours été comme elle est aujourd'hui. Il se trouve qu'il est dépourvu d'oxygène (une molécule dont nous avons besoin aujourd'hui pour vivre) et où le méthane régule le climat et domine la planète. De plus, après les périodes glaciaires, la concentration en oxygène a augmenté jusqu'à devenir stable et égale à celle actuelle, tandis que le méthane a été réduit à des endroits plus restreints. Actuellement, la concentration de méthane augmente en raison des émissions des activités humaines et contribue à l'effet de serre et au changement climatique actuel.