気候変動の先史。 メタンが天候を調節したとき

原始的な雰囲気のメタン

いつも言われています 気候変動 比較的近代的で、主に大気への大量の温室効果ガスの排出によって引き起こされます。 メタン 産業革命以来の人間によるCO2。 しかし、地球が形成されてから数十億年にわたって他の気候変動があったと私があなたに言ったらどう思いますか?

地球の雰囲気は、今日といつも同じではありません。 それは多くの種類の構成を経てきました。 気候変動の先史とは何ですか?

メタンが天候を調節したとき

約2.300億年前、奇妙な微生物が当時の「若い」惑星地球に新しい命を吹き込みました。 それはシアノバクテリアについてです。 彼らは惑星を空気で満たした。 しかし、この時よりずっと前に、単細胞生物の別のグループが惑星に住み、それを居住可能にした可能性があると考えられています。 私たちはメタノゲンについて話している。

メタン生成菌は単細胞生物であり、次のような条件下でのみ生き残ることができます。 酸素はなく、代謝中に廃棄物としてメタンを合成します。 今日、私たちは反芻動物の腸、堆積物の底、そして酸素が存在しない地球上の他の場所のような場所でのみメタン生成菌を見つけることができます。

メタン

メタン分子

ご存知のように、メタンは温室ガスです 二酸化炭素の23倍の熱を保持し、 したがって、惑星地球の最初のXNUMX億年の間、メタン生成菌が支配したという仮説があります。 これらの生物によって合成されたメタンは、地球全体の気候に多大な影響を与える温室効果を引き起こしました。

今日、メタンは酸素の存在のために大気中に約10年間しか存続しません。 しかし、地球の大気に酸素分子が不足している場合、メタンは約10.000、XNUMX年間存続する可能性があります。 当時、日光は今ほど強くなかったので、地表に到達して地球を暖める放射線の量ははるかに少なかった。 だからこそ、惑星の温度を上げて住みやすい環境を作るために、 熱を閉じ込めるためにメタンが必要でした。

原始的な雰囲気の温室効果

地球が約4.600億年前に形成されたとき、太陽は今日の70%に相当する明るさを放ちました。 そのため、最初の氷河期(約2.300億年前)以前は、大気は温室効果に完全に依存していました。

気候変動の専門家は考えました アンモニア中 これは強力な温室ガスであるため、原始的な雰囲気の中で熱を保持する温室ガスとして。 しかし、大気中の酸素がない場合、太陽からの紫外線放射は急速にアンモニアを破壊し、メタンを当時の主要なガスにします。

大気中の熱の寄与と温室効果に加えて、CO2も追加します。 その時までに、 彼の集中力ははるかに低かった、それが温室効果の原因にはなり得なかった理由です。 CO2は、火山を介して自然に大気中に放出されただけです。

火山

火山はCO2と水素を放出しました

地球を冷やすメタンと霧の役割

初期の気候を調節する上でのメタンの役割は、約3.500億年前、メタノゲンが海洋でメタンガスを廃棄物として合成したときに始まりました。 このガスは、電磁スペクトルの広い領域で太陽からの熱を閉じ込めました。 それはまた紫外線の通過を可能にしたので、これらの要因の中で既存のCO2に追加されました。 彼らは惑星を居住可能な温度に保ちました。

メタノゲンは高温でよりよく生き残った。 気温が上昇するにつれて、水循環と岩石の侵食が促進されました。 岩石の侵食のこのプロセスは、大気からCO2を抽出します。 だから両方 大気中のメタンとCO2の濃度は等しくなりました。

原始的な海

大気の化学的性質により、メタン分子が重合し(互いに結合したメタン分子の鎖を形成)、複雑な炭化水素を形成しました。 これらの炭化水素は凝縮して粒子になり、高高度では 彼らはオレンジ色の霧を形成しました。  この有機ダストの雲は、入射する太陽放射からの可視光を吸収し、それを宇宙に放出することによって温室効果を補償しました。 このようにして、それは惑星の表面に到達する熱の量を減らし、気候を冷やし、メタンの生成を遅らせることに貢献しました。

好熱性メタン生成菌

好熱性メタノゲンは、かなり高い温度範囲で生き残るものです。 このため、炭化水素ミストが形成されたとき、地球の温度が冷えて下がると、好熱性メタノゲンはそのような条件に耐えることができませんでした。 寒い気候と有害な好熱性メタノゲン集団で、 地球の状態が変わりました。

メタンがあれば、大気はメタン濃度を非常に高く保つことができただろう。 現在の速度に匹敵する速度で生成されたはずです。 しかし、メタノゲンは、人間が私たちの産業活動で生成するほど多くのメタンを生成しませんでした。

メタノゲン

好熱性メタン生成菌

メタン生成菌は基本的に水素とCO2を供給し、廃棄物としてメタンを生成します。 他のいくつかは、有機物の嫌気性分解から酢酸塩や他のさまざまな化合物を消費します。 それが今日のメタン生成菌が理由です それらは反芻動物の胃、浸水した水田や他の無酸素環境の根底にある沈泥の中でのみ繁栄します。 しかし、原始的な雰囲気には酸素が不足していたため、火山から放出された水素はすべて海洋に貯蔵され、水を形成するために自由に使える酸素がなかったため、メタノゲンによって使用されました。

「反温室効果」効果の霧

この正のフィードバックサイクル(より高い温度、より多くのメタノゲン、より多くのメタン、より多くの熱、より多くの温度…)により、惑星は非常に高温の温室になり、好熱性微生物だけがこの新しい環境に適応することができました。 しかし、先ほど申し上げたように、入射紫外線を運び去る炭化水素からミストが形成されました 天気を涼しくする。 このようにして、メタンの生成が停止され、温度と大気組成が安定し始めます。

炭化水素の霧

ミストとミストを比較すると 土星の最大の衛星、タイタン、 メタンが日光と反応したときに形成される炭化水素粒子の密な層に対応する同じ特徴的なオレンジ色を持っていることもわかります。 ただし、その炭化水素の層により、タイタンの表面は-179℃になります。 この雰囲気は、地球がその歴史全体にあったよりも寒いです。

地球の炭化水素雲がタイタンの密度に達していたとしたら、メタンの強力な温室効果を打ち消すのに十分な日光をそらしていたでしょう。 惑星の表面全体が凍っていたので、すべてのメタノゲンが殺されました。 タイタンと地球の違いは、この土星の月にはCO2も水もないので、メタンが蒸発しやすいということです。

タイタン

土星最大の衛星、タイタン

メタン時代の終わり

メタンから形成された霧は永遠に続きませんでした。 原生代以来XNUMXつの氷河期があり、メタンはそれらが発生した理由を説明することができます。

最初の氷河作用はヒューロニア氷河作用と呼ばれます そして、その氷河堆積物の下で見つかった最も古い岩の下には、非常に低レベルの大気中の酸素を示すXNUMXつの鉱物であるウラニナイトとパイライトの残骸があります。 しかし、氷河層の上には、で形成される鉱物であるヘマタイトを含む赤みがかった砂岩が観察されます。 酸素が豊富な環境。 これらすべては、大気中の酸素レベルが最初に急上昇し始めたときに、ヒューロニアの氷河作用が正確に起こったことを示しています。

この新しい環境では、酸素がますます豊富になり、かつては惑星を支配していたメタノゲンやその他の嫌気性生物が徐々に姿を消したか、より制限された生息地にますます閉じ込められているように見えました。 実際、酸素レベルが低く保たれていれば、メタン濃度は今日と同じかそれよりも高いままだったでしょう。

氷河

これは、地球上で、原生動物の間に、なぜ ほぼ1.500億年の間氷河期はありませんでした、太陽はまだかなり弱かったのに。 メタンの保護効果を低下させることにより、大気中の酸素または溶解した硫酸塩のXNUMX回目の上昇も氷河作用のエピソードを引き起こした可能性があると推測されています。

ご覧のとおり、地球の雰囲気は必ずしも今日のようではありません。 たまたま酸素(今日私たちが生きるために必要な分子)がなく、メタンが気候を調節し、地球を支配していた場所です。 さらに、氷が老化した後、酸素濃度は安定して現在の濃度と等しくなるまで増加し、メタンはより制限された場所に減少しました。 現在、メタンの濃度は人間の活動からの排出により増加しており、温室効果と現在の気候変動に寄与しています。


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