Forhistorien til klimaendringene. Da metan regulerte været

Det har alltid blitt sagt det Klima forandringer Det er noe relativt moderne, for det meste forårsaket av store utslipp av klimagasser i atmosfæren, som f.eks metan og CO2, av mennesker siden den industrielle revolusjonen. Men hva ville du tenkt hvis jeg fortalte deg at det i løpet av milliarder av år siden Jorden ble dannet, har skjedd andre klimatiske endringer?

Jordens atmosfære har ikke alltid vært den samme som den er i dag. Det har vært gjennom mange typer komposisjoner. Hva er forhistorien til klimaendringene?

Da metan regulerte været

For ca 2.300 milliarder år siden pustet rare mikroorganismer nytt liv inn i den da ”unge” planeten Jorden. Det handler om cyanobakterier. De fylte planeten med luft. Imidlertid antas det at lenge før denne tiden befolket en annen gruppe encellede organismer planeten og kunne ha gjort den beboelig. Vi snakker om metanogener.

Metanogener er encellede organismer som bare kan overleve under forhold der det er ikke noe oksygen, og de syntetiserer metan under metabolismen som avfallsprodukt. I dag kan vi bare finne metanogener på steder som tarmene til drøvtyggere, bunnen av sedimenter og andre steder på planeten der oksygen ikke eksisterer.

Som vi vet er metan en klimagass som beholder 23 ganger mer varme enn karbondioksid, så det er en hypotese at metanogener styrte i de første to milliard årene av planeten Jorden. Metanet som er syntetisert av disse organismer, forårsaket en drivhuseffekt med enorme konsekvenser for klimaet på hele planeten.

I dag vedvarer metan bare i atmosfæren i omtrent 10 år på grunn av tilstedeværelsen av oksygen. Imidlertid, hvis jordens atmosfære manglet oksygenmolekyler, kunne metan vedvare i omtrent 10.000 XNUMX år. På den tiden var sollyset ikke så sterkt som det er nå, så mengden stråling som nådde jordoverflaten og derfor varmet planeten, var mye mindre. Det er derfor å øke temperaturen på planeten og skape et beboelig miljø, metan var nødvendig for å fange opp varmen.

Drivhuseffekt av en primitiv atmosfære

Da jorden dannet seg for rundt 4.600 milliarder år siden, ga solen av seg en lysstyrke som tilsvarer 70% av det den gjør i dag. Derfor var atmosfæren helt før den første istiden (for ca. 2.300 milliarder år siden) avhengig av drivhuseffekten.

Klimaendringsspesialister tenkte i ammoniakk som klimagassen som beholdt varmen i den primitive atmosfæren, siden dette er en kraftig klimagass. I fravær av atmosfærisk oksygen ødelegger imidlertid ultrafiolett stråling fra solen raskt ammoniakk, noe som gjør metan til den dominerende gassen på den tiden.

Til bidraget til varme i atmosfæren og drivhuseffekten tilfører vi også CO2. Innen da, konsentrasjonen hans var mye lavere, det er derfor det ikke kan være årsaken til drivhuseffekten. CO2 ble bare sluppet ut i atmosfæren naturlig, gjennom vulkaner.

Rollen som metan og tåken som avkjølte planeten

Metans rolle i reguleringen av det primitive klimaet begynte for rundt 3.500 milliarder år siden, da metanogener syntetiserte metangass i havene som et avfallsprodukt. Denne gassen fanget solens varme i et bredt område av det elektromagnetiske spekteret. Det tillot også passering av ultrafiolett stråling, så blant disse faktorene som ble lagt til den eksisterende CO2, de holdt planeten ved en beboelig temperatur.

Metanogener overlevde bedre ved høyere temperaturer. Etter hvert som temperaturene økte, ble vannsyklusen og bergerosjonen forbedret. Denne prosessen med erosjon av bergartene, ekstraherer CO2 fra atmosfæren. Så begge deler konsentrasjonen av metan og CO2 i atmosfæren ble lik.

Atmosfærens kjemi fikk metanmolekylene til å polymerisere (danne kjeder av metanmolekyler bundet sammen) og danne komplekse hydrokarboner. Disse hydrokarboner kondenserte til partikler som i stor høyde de dannet en oransje tåke.  Denne skyen av organisk støv kompenserte for drivhuseffekten ved å absorbere det synlige lyset fra innfallende solstråling og sende det ut i rommet. På denne måten reduserte den mengden varme som når planetens overflate og bidro til å avkjøle klimaet og redusere produksjonen av metan.

Termofile metanogener

Termofile metanogener er de som overlever i ganske høye temperaturområder. Når hydrokarbontåken ble dannet, da de globale temperaturene ble avkjølt og redusert, kunne de termofile metanogenene ikke overleve slike forhold. Med et kaldere klima og en skadelig termofil metanogenpopulasjon, forholdene på planeten endret seg.

Atmosfæren kunne bare ha holdt metankonsentrasjonen så høy hvis metan ville blitt generert ved hastigheter som er sammenlignbare med strøm. Imidlertid genererte metanogener ikke så mye metan som mennesker gjør i våre industrielle aktiviteter.

Metanogener lever i utgangspunktet av hydrogen og CO2, og genererer metan som avfallsprodukt. Noen andre bruker acetat og forskjellige andre forbindelser fra den anaerobe nedbrytningen av organisk materiale. Det er derfor i dag metanogener De trives bare i magen til drøvtyggere, siltet som ligger under oversvømmede rismarker og andre anoksiske miljøer. Men siden den primitive atmosfæren manglet oksygen, ble alt hydrogen som sendes ut av vulkanene lagret i havene og ble brukt av metanogener, siden det ikke hadde oksygen innen rekkevidde for å danne vann.

Tåke av "anti drivhus" effekt

På grunn av denne syklusen med positive tilbakemeldinger (høyere temperatur, mer metanogener, mer metan, mer varme, mer temperatur ...) ble planeten et så varmt drivhus at bare termofile mikroorganismer klarte å tilpasse seg dette nye miljøet. Imidlertid, som jeg nevnte tidligere, ble det dannet en tåke av hydrokarboner som førte bort den innfallende ultrafiolette strålingen gjør været kjølig. På denne måten ble metanproduksjonen stoppet og temperaturer og atmosfæresammensetning begynte å stabilisere seg.

Hvis vi sammenligner tåke med den til Titan, den største satellitten til Saturn, vi ser at den også har den samme karakteristiske oransje fargen som tilsvarer det tette laget av hydrokarbonpartikler, som dannes når metan reagerer med sollys. Imidlertid gjør laget av hydrokarboner Titans overflate ved -179 grader Celsius. Denne atmosfæren er kaldere enn planeten Jorden har vært i hele sin historie.

Hvis jordens hydrokarbonsky hadde nådd tettheten som Titans har, ville den ha avbøyd nok sollys til å motvirke den kraftige drivhuseffekten av metan. Hele overflaten på planeten ville ha frosset, og dermed drept alle metanogener. Forskjellen mellom Titan og jorden er at denne månen av Saturn verken har CO2 eller vann, så metan fordamper lett.

Slutten av metan-tiden

Tåken som dannet seg fra metanet varte ikke evig. Det har vært tre isbreer siden proterozoikumet, og metan kan forklare hvorfor de skjedde.

Den første isingen kalles Huronian-isingen og under de eldste steinene som er funnet under dens isforekomster, er det skade på uraninitt og pyritt, to mineraler som indikerer et veldig lavt nivå av atmosfærisk oksygen. Over islagene observeres imidlertid en rødaktig sandstein som inneholder hematitt, et mineral som dannes i oksygenrike miljøer. Alt dette indikerer at isbreen fra Huronian skjedde nettopp da oksygennivået i atmosfæren først begynte å skyte i været.

I dette nye miljøet som er stadig mer rik på oksygen, metanogener og andre anaerobe organismer som en gang dominerte planeten, forsvant gradvis eller ble sett i økende grad begrenset til mer begrensede habitater. Faktisk ville metankonsentrasjonen ha vært den samme eller høyere enn den er i dag hvis oksygenivået hadde blitt holdt lavere.

Dette forklarer hvorfor på jorden under proterozoikumet, det var ingen isbrever i nesten 1.500 milliarder år, selv om solen fortsatt var ganske svak. Det har blitt spekulert i at en annen økning i atmosfærisk oksygen, eller i oppløst sulfat, også ville ha utløst istidspisoder, ved å redusere den beskyttende effekten av metan.

Som du kan se, har ikke jordens atmosfære alltid vært som den er i dag. Det skjedde å være blottet for oksygen (et molekyl som vi trenger i dag for å leve) og hvor metan regulerte klimaet og dominerte planeten. Videre, etter istiden, har oksygenkonsentrasjonen økt til den blir stabil og lik den nåværende, mens metan har blitt redusert til mer begrensede steder. For tiden øker konsentrasjonen av metan på grunn av utslipp fra menneskelige aktiviteter og bidrar til drivhuseffekten og dagens klimaendringer.