Prasejarah perubahan iklim. Ketika metana mengatur cuaca

Selalu dikatakan bahawa perubahan iklim agak moden, kebanyakannya disebabkan oleh pelepasan gas rumah hijau ke atmosfera, seperti metana dan CO2, oleh manusia sejak revolusi industri. Namun, apa pendapat anda jika saya katakan bahawa selama berbilion tahun sejak Bumi terbentuk terdapat perubahan iklim yang lain?

Atmosfera Bumi tidak selalu sama seperti hari ini. Sudah melalui banyak jenis komposisi. Apakah prasejarah perubahan iklim?

Ketika metana mengatur cuaca

Kira-kira 2.300 bilion tahun yang lalu, mikroorganisma aneh menghirup kehidupan baru ke planet Bumi yang "muda" ketika itu. Ini mengenai cyanobacteria. Mereka memenuhi planet ini dengan udara. Namun, diyakini bahawa jauh sebelum waktu ini, sekelompok organisma uniselular menghuni planet ini dan dapat menjadikannya dapat dihuni. Kami bercakap mengenai metanogen.

Metanogen adalah organisma bersel tunggal yang hanya dapat bertahan dalam keadaan di mana tidak ada oksigen dan mereka mensintesis metana semasa metabolisme mereka sebagai produk buangan. Hari ini kita hanya dapat menemui metanogen di tempat-tempat seperti usus ruminan, bahagian bawah sedimen dan tempat-tempat lain di planet ini di mana oksigen tidak wujud.

Seperti yang kita ketahui, metana adalah gas rumah hijau yang mengekalkan 23 kali lebih banyak haba daripada karbon dioksida, jadi ada hipotesis bahawa selama dua bilion tahun pertama planet Bumi, metanogen memerintah. Metana yang disintesis oleh organisma ini menyebabkan kesan rumah hijau dengan kesan besar terhadap iklim seluruh planet.

Hari ini, metana hanya bertahan di atmosfer selama kira-kira 10 tahun, kerana adanya oksigen. Namun, jika atmosfer Bumi kekurangan molekul oksigen, metana dapat bertahan selama kira-kira 10.000 tahun. Pada waktu itu, sinar matahari tidak sekuat sekarang, jadi jumlah radiasi yang mencapai permukaan bumi dan dengan demikian memanaskan planet ini, jauh lebih sedikit. Itulah sebabnya, untuk meningkatkan suhu planet dan mewujudkan persekitaran yang dapat dihuni, metana diperlukan untuk memerangkap haba.

Kesan rumah hijau dari suasana primitif

Ketika Bumi terbentuk kira-kira 4.600 bilion tahun yang lalu, Matahari memancarkan cahaya yang setara dengan 70% dari apa yang dilakukannya hari ini. Itulah sebabnya, sebelum zaman ais pertama (kira-kira 2.300 bilion tahun yang lalu) suasana bergantung sepenuhnya kepada kesan rumah hijau.

Pakar perubahan iklim berpendapat dalam ammonia sebagai gas rumah hijau yang menahan panas di atmosfer primitif, kerana ini adalah gas rumah hijau yang kuat. Namun, dengan ketiadaan oksigen atmosfera, sinaran ultraviolet dari Matahari dengan cepat menghancurkan ammonia, menjadikan metana sebagai gas dominan pada waktu itu.

Untuk sumbangan haba di atmosfera dan kesan rumah hijau, kami juga menambah CO2. Pada masa itu, tumpuannya jauh lebih rendah, sebab itulah ia tidak boleh menjadi penyebab kesan rumah hijau. CO2 hanya dipancarkan ke atmosfera secara semula jadi, melalui gunung berapi.

Peranan metana dan kabut yang menyejukkan planet ini

Peranan metana dalam mengatur iklim awal dimulai sekitar 3.500 miliar tahun yang lalu, ketika metanogen mensintesis gas metana di lautan sebagai produk sampah. Gas ini menangkap haba dari Matahari di kawasan luas spektrum elektromagnetik. Ia juga membenarkan penyebaran sinaran ultraviolet, jadi antara faktor-faktor ini ditambah dengan CO2 yang ada, mereka menjaga planet ini pada suhu yang dapat dihuni.

Methanogen hidup lebih baik pada suhu yang lebih tinggi. Apabila suhu meningkat, siklus air dan hakisan batuan meningkat. Proses hakisan batuan ini, mengeluarkan CO2 dari atmosfera. Begitu banyak kepekatan metana dan CO2 di atmosfera menjadi sama.

Kimia atmosfera menyebabkan molekul metana berpolimerisasi (membentuk rantai molekul metana yang dihubungkan bersama) dan membentuk hidrokarbon kompleks. Hidrokarbon ini terkondensasi menjadi zarah-zarah yang, pada ketinggian tinggi, mereka membentuk kabus oren.  Awan debu organik ini mengimbangi kesan rumah hijau dengan menyerap cahaya yang dapat dilihat dari sinaran suria dan memancarkannya kembali ke angkasa. Dengan cara ini, ia mengurangkan jumlah haba yang mencapai permukaan planet dan menyumbang kepada penyejukan iklim dan melambatkan pengeluaran metana.

Metanogen termofilik

Metanogen termofilik adalah yang bertahan dalam julat suhu yang cukup tinggi. Atas sebab ini, ketika kabut hidrokarbon terbentuk, ketika suhu global menyejuk dan menurun, metanogen termofilik tidak dapat bertahan dalam keadaan seperti itu. Dengan iklim yang lebih sejuk dan populasi metanogen termofilik yang merugikan, keadaan di planet ini berubah.

Suasana hanya dapat mengekalkan kepekatan metana begitu tinggi jika metana akan dihasilkan pada kelajuan yang setanding dengan arus. Walau bagaimanapun, metanogen tidak menghasilkan metana sebanyak yang manusia lakukan dalam aktiviti perindustrian kita.

Metanogen pada dasarnya memakan hidrogen dan CO2, menghasilkan metana sebagai produk sisa. Sebilangan yang lain menggunakan asetat dan sebatian lain dari degradasi bahan organik anaerob. Itulah sebabnya, hari ini, metanogen Mereka hanya berkembang di perut ruminan, kelodak yang mendasari sawah banjir dan persekitaran anoksik lain. Tetapi kerana atmosfer primitif kekurangan oksigen, semua hidrogen yang dipancarkan oleh gunung berapi disimpan di lautan dan digunakan oleh metanogen, kerana ia tidak memiliki oksigen untuk membentuk air.

Kabut kesan "anti rumah hijau"

Kerana kitaran maklum balas positif ini (suhu yang lebih tinggi, lebih banyak metanogen, lebih banyak metana, lebih banyak haba, lebih banyak suhu ...) planet ini menjadi rumah hijau yang panas sehingga hanya mikroorganisma termofilik yang dapat menyesuaikan diri dengan persekitaran baru ini. Namun, seperti yang saya sebutkan sebelumnya, kabut terbentuk dari hidrokarbon yang membawa radiasi ultraviolet yang terjadi menjadikan cuaca sejuk. Dengan cara ini, pengeluaran metana dihentikan dan suhu dan komposisi atmosfera mulai stabil.

Sekiranya kita membandingkan kabus dengan yang Titan, satelit terbesar Saturnus, kita melihat bahawa ia juga mempunyai warna oren khas yang sama dengan lapisan zarah hidrokarbon yang padat, yang terbentuk ketika metana bertindak balas dengan cahaya matahari. Walau bagaimanapun, lapisan hidrokarbon menjadikan permukaan Titan pada suhu -179 darjah Celsius. Atmosfera ini lebih sejuk daripada planet Bumi dalam sejarahnya.

Sekiranya awan hidrokarbon Bumi mencapai ketumpatan yang dimiliki Titan, ia akan membelokkan cahaya matahari yang cukup untuk mengatasi kesan rumah hijau yang kuat dari metana. Seluruh permukaan planet akan beku, sehingga membunuh semua metanogen. Perbezaan antara Titan dan Bumi adalah bahawa bulan Saturnus ini tidak mempunyai CO2 atau air, sehingga metana menguap dengan mudah.

Akhir zaman metana

Kabut yang terbentuk dari metana tidak kekal selama-lamanya. Terdapat tiga glasiasi sejak Proterozoik dan metana dapat menjelaskan mengapa ia berlaku.

Glasiasi pertama dipanggil glasiasi Huronia dan di bawah batu tertua yang terdapat di bawah endapan glasiernya terdapat detritus uraninit dan pirit, dua mineral yang menunjukkan tahap oksigen atmosfera yang sangat rendah. Walau bagaimanapun, di atas lapisan glasier, batu pasir kemerahan diperhatikan yang mengandungi hematit, mineral yang terbentuk di persekitaran yang kaya dengan oksigen. Semua ini menunjukkan bahawa glasiasi Huronia berlaku tepat ketika tahap oksigen atmosfera mula meroket.

Dalam persekitaran baru ini semakin kaya dengan oksigen, metanogen dan organisma anaerobik lain yang pernah menguasai planet ini, secara beransur-ansur hilang atau dilihat semakin terbatas pada habitat yang lebih terhad. Sebenarnya, kepekatan metana akan tetap sama atau lebih tinggi daripada sekarang, jika tahap oksigen disimpan lebih rendah.

Ini menjelaskan mengapa di Bumi, semasa Proterozoik, tidak ada glasiasi selama hampir 1.500 bilion tahun, walaupun Matahari masih lemah. Telah diduga spekulasi kemungkinan kenaikan oksigen atmosfera kedua, atau sulfat terlarut, juga akan memicu episod glasiasi, dengan mengurangi efek perlindungan metana.

Seperti yang anda lihat, atmosfera Bumi tidak selalu seperti sekarang. Kebetulan tanpa oksigen (molekul yang kita perlukan hari ini untuk hidup) dan di mana metana mengatur iklim dan menguasai planet ini. Di samping itu, setelah zaman es, kepekatan oksigen telah meningkat sehingga menjadi stabil dan sama dengan arus, sementara metana telah dikurangkan ke tempat yang lebih terhad. Pada masa ini, kepekatan metana meningkat disebabkan oleh pelepasan dari aktiviti manusia dan menyumbang kepada kesan rumah hijau dan perubahan iklim semasa.