Prasejarah perubahan iklim. Saat metana mengatur cuaca

Itu selalu dikatakan seperti itu perubahan iklim relatif modern, sebagian besar disebabkan oleh emisi gas rumah kaca yang besar ke atmosfer, seperti metana dan CO2, oleh manusia sejak revolusi industri. Namun, apa yang akan Anda pikirkan jika saya memberi tahu Anda bahwa selama miliaran tahun sejak Bumi terbentuk, telah terjadi perubahan iklim lainnya?

Atmosfer bumi tidak selalu sama seperti saat ini. Telah melalui banyak jenis komposisi. Apa prasejarah perubahan iklim?

Saat metana mengatur cuaca

Sekitar 2.300 miliar tahun yang lalu, mikroorganisme aneh menghembuskan kehidupan baru ke dalam planet Bumi yang saat itu "muda". Ini tentang cyanobacteria. Mereka memenuhi planet dengan udara. Namun, diyakini bahwa jauh sebelum waktu ini, sekelompok organisme uniseluler lain menghuni planet ini dan membuatnya dapat dihuni. Kami berbicara tentang metanogen.

Metanogen adalah organisme bersel tunggal yang hanya dapat bertahan hidup dalam kondisi dimana tidak ada oksigen dan mereka mensintesis metana selama metabolisme mereka sebagai produk limbah. Saat ini kita hanya dapat menemukan metanogen di tempat-tempat seperti usus ruminansia, dasar sedimen, dan tempat lain di planet di mana oksigen tidak ada.

Seperti yang kita ketahui, metana adalah gas rumah kaca itu mempertahankan panas 23 kali lebih banyak dari karbon dioksida, jadi ada hipotesis bahwa selama dua miliar tahun pertama planet Bumi, metanogen menguasai. Metana yang disintesis oleh organisme ini menyebabkan efek rumah kaca dengan dampak yang sangat besar pada iklim seluruh planet.

Saat ini, metana hanya bertahan di atmosfer selama sekitar 10 tahun, karena adanya oksigen. Namun, jika atmosfer bumi kekurangan molekul oksigen, metana dapat bertahan sekitar 10.000 tahun. Saat itu, sinar matahari tidak sekuat sekarang, sehingga jumlah radiasi yang mencapai permukaan bumi dan menghangatkan planet jauh lebih sedikit. Itulah sebabnya, untuk meningkatkan suhu planet dan menciptakan lingkungan yang layak huni, metana dibutuhkan untuk memerangkap panas.

Efek rumah kaca dari atmosfer primitif

Ketika Bumi terbentuk sekitar 4.600 miliar tahun yang lalu, Matahari mengeluarkan luminositas yang setara dengan 70% dari apa yang dilakukannya saat ini. Itulah sebabnya, sebelum zaman es pertama (sekitar 2.300 miliar tahun yang lalu) atmosfer sepenuhnya bergantung pada efek rumah kaca.

Pakar perubahan iklim berpikir dalam amonia sebagai gas rumah kaca yang menahan panas di atmosfer primitif, karena ini adalah gas rumah kaca yang kuat. Namun, dengan tidak adanya oksigen di atmosfer, radiasi ultraviolet dari Matahari dengan cepat menghancurkan amonia, menjadikan metana sebagai gas utama pada saat itu.

Untuk kontribusi panas di atmosfer dan efek rumah kaca kami juga menambahkan CO2. Saat itu, konsentrasinya jauh lebih rendah, karena itu tidak mungkin menjadi penyebab efek rumah kaca. CO2 hanya dilepaskan ke atmosfer secara alami, melalui gunung berapi.

Peran metana dan kabut yang mendinginkan planet

Peran metana dalam mengatur awal iklim dimulai sekitar 3.500 miliar tahun yang lalu, ketika metanogen mensintesis gas metana di lautan sebagai produk limbah. Gas ini memerangkap panas dari Matahari di wilayah spektrum elektromagnetik yang luas. Itu juga memungkinkan lewatnya radiasi ultraviolet, jadi di antara faktor-faktor ini ditambah dengan CO2 yang ada, mereka menjaga planet pada suhu layak huni.

Metanogen bertahan lebih baik pada suhu yang lebih tinggi. Saat suhu meningkat, siklus air dan erosi batuan juga meningkat. Proses pengikisan bebatuan ini, mengekstraksi CO2 dari atmosfer. Banyak konsentrasi metana dan CO2 di atmosfer menjadi sama.

Sifat kimiawi atmosfer menyebabkan molekul metana berpolimerisasi (membentuk rantai molekul metana yang saling terkait) dan membentuk hidrokarbon kompleks. Hidrokarbon ini terkondensasi menjadi partikel yang, pada ketinggian tinggi, mereka membentuk kabut oranye.  Awan debu organik ini mengkompensasi efek rumah kaca dengan menyerap cahaya tampak dari radiasi matahari dan memancarkannya kembali ke luar angkasa. Dengan cara ini, ia mengurangi jumlah panas yang mencapai permukaan planet dan berkontribusi pada pendinginan iklim dan memperlambat produksi metana.

Metanogen termofilik

Metanogen termofilik adalah yang bertahan dalam kisaran suhu yang cukup tinggi. Karena alasan ini, ketika kabut hidrokarbon terbentuk, karena suhu global mendingin dan menurun, metanogen termofilik tidak dapat bertahan dalam kondisi seperti itu. Dengan iklim yang lebih dingin dan populasi metanogen termofilik yang merugikan, kondisi di planet berubah.

Atmosfer hanya bisa membuat konsentrasi metana begitu tinggi jika metana akan dihasilkan dengan kecepatan yang sebanding dengan arus. Namun, metanogen tidak menghasilkan metana sebanyak manusia dalam aktivitas industri kita.

Metanogen pada dasarnya memakan hidrogen dan CO2, menghasilkan metana sebagai produk limbah. Beberapa yang lain mengkonsumsi asetat dan berbagai senyawa lainnya dari degradasi anaerobik bahan organik. Itulah mengapa saat ini metanogen Mereka hanya tumbuh subur di perut hewan pemamah biak, lumpur yang membanjiri sawah dan lingkungan anoksik lainnya. Tetapi karena atmosfer primitif kekurangan oksigen, semua hidrogen yang dipancarkan gunung berapi disimpan di lautan dan digunakan oleh metanogen, karena tidak memiliki oksigen untuk membentuk air.

Kabut efek "anti rumah kaca"

Karena siklus umpan balik positif ini (suhu lebih tinggi, lebih banyak metanogen, lebih banyak metana, lebih banyak panas, lebih banyak suhu…) planet ini menjadi rumah kaca yang begitu panas sehingga hanya mikroorganisme termofilik yang berhasil beradaptasi dengan lingkungan baru ini. Namun, seperti yang saya sebutkan sebelumnya, kabut terbentuk dari hidrokarbon yang membawa radiasi ultraviolet membuat cuaca menjadi sejuk. Dengan cara ini, produksi metana terhenti dan suhu serta komposisi atmosfer akan mulai stabil.

Jika kita membandingkan kabut dengan kabut Titan, satelit terbesar Saturnus, kita melihat bahwa ia juga memiliki karakteristik warna jingga yang sama sesuai dengan lapisan padat partikel hidrokarbon, yang terbentuk ketika metana bereaksi dengan sinar matahari. Namun, lapisan hidrokarbon tersebut membuat permukaan Titan berada pada suhu -179 derajat Celcius. Atmosfer ini lebih dingin dari planet Bumi sepanjang sejarahnya.

Jika awan hidrokarbon Bumi telah mencapai kepadatan yang dimiliki Titan, awan tersebut akan membelokkan cukup sinar matahari untuk melawan efek rumah kaca yang kuat dari metana. Seluruh permukaan planet akan membeku, sehingga membunuh semua metanogen. Perbedaan antara Titan dan Bumi adalah bulan Saturnus ini tidak memiliki CO2 maupun air, sehingga metana mudah menguap.

Akhir dari era metana

Kabut yang terbentuk dari metana tidak bertahan selamanya. Ada tiga glasiasi sejak Proterozoikum dan metana dapat menjelaskan mengapa mereka terjadi.

Glasiasi pertama disebut glasiasi Huronian dan di bawah batuan tertua yang ditemukan di bawah endapan glasial terdapat detritus uraninit dan pirit, dua mineral yang menunjukkan tingkat oksigen atmosfer yang sangat rendah. Namun, di atas lapisan glasial, terlihat batu pasir kemerahan yang mengandung hematit, mineral yang terbentuk di lingkungan kaya oksigen. Semua ini menunjukkan bahwa glasiasi Huronian terjadi tepat ketika tingkat oksigen atmosfer pertama kali mulai meroket.

Di lingkungan baru ini semakin kaya oksigen, metanogen dan organisme anaerob lainnya yang pernah mendominasi planet ini, secara bertahap menghilang atau terlihat semakin terbatas pada habitat yang lebih terbatas. Faktanya, konsentrasi metana akan tetap sama atau lebih tinggi dari sekarang, jika kadar oksigen dijaga lebih rendah.

Ini menjelaskan mengapa di Bumi, selama Proterozoikum, tidak ada glasiasi selama hampir 1.500 miliar tahun, meski Matahari masih cukup lemah. Ada spekulasi kemungkinan bahwa kenaikan kedua oksigen di atmosfer, atau dalam sulfat terlarut, juga akan memicu episode glasiasi, dengan mengurangi efek perlindungan dari metana.

Seperti yang Anda lihat, atmosfer bumi tidak selalu seperti saat ini. Itu terjadi tanpa oksigen (molekul yang kita butuhkan saat ini untuk hidup) dan di mana metana mengatur iklim dan mendominasi planet ini. Selain itu, setelah zaman es, konsentrasi oksigen meningkat hingga stabil dan sama dengan saat ini, sedangkan metana telah berkurang ke tempat-tempat yang lebih terbatas. Saat ini, konsentrasi metana meningkat karena emisi dari aktivitas manusia dan berkontribusi pada efek rumah kaca dan perubahan iklim saat ini.