Parahistoria e ndryshimit të klimës. Kur metani rregullonte motin

Gjithmonë është thënë se ndryshimi i klimës është diçka relativisht moderne e shkaktuar, në pjesën më të madhe, nga emetimet e mëdha të gazeve serrë në atmosferë, të tilla si metan dhe CO2, nga njerëzit që nga revolucioni industrial. Sidoqoftë, çfarë do të mendonit nëse do t'ju thosha se gjatë miliarda viteve që nga formimi i Tokës ka pasur ndryshime të tjera klimatike?

Atmosfera e Tokës nuk ka qenë gjithmonë e njëjtë si sot. Ka kaluar nëpër shumë lloje kompozimesh. Cila është prehistoria e ndryshimit të klimës?

Kur metani rregullonte motin

Rreth 2.300 miliardë vjet më parë, mikroorganizmat e çuditshëm i dhanë jetë të re planetit Tokë "të ri" të atëhershëm. Bëhet fjalë për cianobakteret. Ata e mbushën planetin me ajër. Sidoqoftë, besohet se shumë përpara kësaj kohe, një grup tjetër i organizmave njëqelizore populluan planetin dhe mund ta kishin bërë atë të banueshëm. Po flasim për metanogjenet.

Metanogjenët janë organizma me një qelizë që mund të mbijetojnë vetëm në kushte kur nuk ka oksigjen dhe ata sintetizojnë metanin gjatë metabolizmit të tyre si produkt i mbeturinave. Sot ne mund të gjejmë metanogjene vetëm në vende si zorrët e ripërtypësve, fundi i sedimenteve dhe vende të tjera në planet ku oksigjeni nuk ekziston.

Siç e dimë, metani është një gaz serrë që ruan 23 herë më shumë nxehtësi sesa dioksidi i karbonit, pra ekziston hipoteza se për dy miliard vitet e para të planetit Tokë, metanogjenët sunduan. Metani i sintetizuar nga këto organizma shkaktoi një efekt serë me pasoja të mëdha në klimën e të gjithë planetit.

Sot, metani vazhdon vetëm në atmosferë për rreth 10 vjet, për shkak të pranisë së oksigjenit. Sidoqoftë, nëse atmosfera e Tokës do të kishte mungesë të molekulave të oksigjenit, metani mund të qëndrojë për rreth 10.000 vjet. Në atë kohë, rrezet e diellit nuk ishin aq të forta sa tani, kështu që sasia e rrezatimit që arriti në sipërfaqen e tokës dhe, për këtë arsye, ngrohu planetin, ishte shumë më pak. Kjo është arsyeja pse, për të rritur temperaturën e planetit dhe për të krijuar një mjedis të banueshëm, metani ishte i nevojshëm për të kapur nxehtësinë.

Efekti serë i një atmosfere primitive

Kur Toka u formua rreth 4.600 miliardë vjet më parë, Dielli dha një shkëlqim ekuivalent me 70% të asaj që bën sot. Kjo është arsyeja pse, para epokës së parë të akullit (rreth 2.300 miliardë vjet më parë) atmosfera ishte plotësisht e varur nga efekti serë.

Menduan specialistët e ndryshimit të klimës në amoniak si gaz serë që mbante nxehtësinë në atmosferën primitive, pasi që ky është një gaz serrë i fuqishëm. Sidoqoftë, në mungesë të oksigjenit atmosferik, rrezatimi ultraviolet nga Dielli shkatërron me shpejtësi amoniakun, duke e bërë metanin gazin mbizotërues në atë kohë.

Kontributit të nxehtësisë në atmosferë dhe efektit serë i shtojmë edhe CO2. Deri atëherë, përqendrimi i tij ishte shumë më i ulët, kjo është arsyeja pse nuk mund të jetë shkaku i efektit serë. CO2 emetohej vetëm në atmosferë natyrshëm, përmes vullkaneve.

Roli i metanit dhe mjegulla që ftohën planetin

Roli i metanit në rregullimin e klimës së hershme filloi rreth 3.500 miliardë vjet më parë, kur metanogjenët sintetizuan gazin e metanit në oqeane si një produkt i mbeturinave. Ky gaz bllokoi nxehtësinë nga Dielli mbi një rajon të gjerë të spektrit elektromagnetik. Ai gjithashtu lejoi kalimin e rrezatimit ultraviolet, kështu që midis këtyre faktorëve të shtuar me CO2 ekzistues, ata e mbajtën planetin në një temperaturë të banueshme.

Metanogjenët mbijetuan më mirë në temperatura më të larta. Ndërsa intensifikoheshin temperaturat, kështu u rrit cikli i ujit dhe erozioni i shkëmbinjve u rrit. Ky proces i erozionit të shkëmbinjve, nxjerr CO2 nga atmosfera. Kaq shume përqendrimi i metanit dhe ai i CO2 në atmosferë u bënë të barabartë.

Kimia e atmosferës bëri që molekulat e metanit të polimerizohen (të formojnë zinxhirë të molekulave të metanit të lidhura së bashku) dhe të formojnë hidrokarbure komplekse. Këto hidrokarbure u kondensuan në grimca që, në lartësi të madhe, ata formuan një mjegull portokalli.  Kjo re e pluhurit organik kompensoi efektin serë duke thithur dritën e dukshme nga rrezatimi diellor incident dhe duke e lëshuar atë përsëri në hapësirë. Në këtë mënyrë, ajo zvogëloi sasinë e nxehtësisë që arrin në sipërfaqen e planetit dhe kontribuoi në ftohjen e klimës dhe në ngadalësimin e prodhimit të metanit.

Metanogjenet termofile

Metanogjenet termofilike janë ato që mbijetojnë në interval mjaft të lartë të temperaturës. Për këtë arsye, kur u krijua mjegulla e hidrokarbureve, ndërsa temperaturat globale ftoheshin dhe ulen, metanogjenët termofilikë nuk mund të mbijetojnë në kushte të tilla. Me një klimë më të ftohtë dhe një popullsi të dëmshme metanogjene termofile, kushtet në planet ndryshuan.

Atmosfera mund të kishte mbajtur përqendrimet e metanit kaq të larta nëse metani do të ishin gjeneruar me shpejtësi të krahasueshme me rrymën. Sidoqoftë, metanogjenët nuk gjeneruan aq shumë metan sa njerëzit në aktivitetet tona industriale.

Metanogjenët në thelb ushqehen me hidrogjen dhe CO2, duke gjeneruar metan si një produkt i mbeturinave. Disa të tjerë konsumojnë acetat dhe përbërës të ndryshëm të tjerë nga degradimi anaerob i lëndës organike. Kjo është arsyeja pse, sot, metanogjenët Ata lulëzojnë vetëm në stomakun e ripërtypësve, llumrave që qëndrojnë në themel të fushave të orizit të përmbytura dhe ambienteve të tjera anoksike. Por meqenëse atmosfera primitive i mungonte oksigjeni, i gjithë hidrogjeni i emetuar nga vullkanet ishte ruajtur në oqeane dhe u përdor nga metanogjenet, pasi nuk kishte oksigjen në dispozicion për të formuar ujë.

Mjegulla e efektit "kundër serës"

Për shkak të këtij cikli të reagimeve pozitive (temperatura më e lartë, më shumë metanogjene, më shumë metan, më shumë nxehtësi, më shumë temperaturë…) planeti u bë një serrë aq e nxehtë sa vetëm mikroorganizmat termofilikë arritën të adaptohen në këtë mjedis të ri. Sidoqoftë, siç e përmenda më parë, u krijua një mjegull nga hidrokarburet që çuan rrezatimin ultraviolet të incidentit duke e bërë motin të freskët. Në këtë mënyrë, prodhimi i metanit u ndërpre dhe temperaturat dhe përbërja atmosferike do të fillonin të stabilizoheshin.

Nëse krahasojmë mjegullat me atë të Titan, sateliti më i madh i Saturnit, ne shohim se ajo gjithashtu ka të njëjtën ngjyrë karakteristike portokalli që korrespondon me shtresën e dendur të grimcave të hidrokarbureve, e cila formohet kur metani reagon me rrezet e diellit. Sidoqoftë, ajo shtresë e hidrokarbureve e bën sipërfaqen e Titanit në -179 gradë Celsius. Kjo atmosferë është më e ftohtë se sa planeti Tokë ka qenë në të gjithë historinë e tij.

Nëse reja e hidrokarbureve të Tokës do të kishte arritur dendësinë që ka Titan-i, ajo do të kishte devijuar mjaft dritën e diellit për të kundërvepruar me efektin serrë të fuqishëm të metanit. E gjithë sipërfaqja e planetit do të ishte ngrirë, duke vrarë kështu të gjithë metanogjenët. Dallimi midis Titanit dhe Tokës është se kjo hënë e Saturnit nuk ka as CO2 as ujë, kështu që metani avullohet lehtë.

Fundi i epokës së metanit

Mjegulla që u formua nga metani nuk zgjati përgjithmonë. Ka pasur tre akullnaja që kur Proterozoic dhe metani mund të shpjegojnë pse ato ndodhën.

Akullnaja e parë quhet akullnaja Huronian dhe nën shkëmbinjtë më të vjetër të gjetur nën depozitat e tij akullnajore ka detritus uraniniti dhe piriti, dy minerale që tregojnë një nivel shumë të ulët të oksigjenit atmosferik. Sidoqoftë, mbi shtresat akullnajore, vërehet një gur ranor i kuqërremtë që përmban hematit, një mineral që formohet në mjedise të pasura me oksigjen. E gjithë kjo tregon se akullnaja Huronian ndodhi pikërisht kur nivelet atmosferike të oksigjenit filluan të ngriheshin lart.

Në këtë mjedis të ri gjithnjë e më të pasur me oksigjen, metanogjene dhe organizma të tjerë anaerobe që dikur mbizotëronin planetin, gradualisht u zhdukën ose u panë gjithnjë e më të kufizuar në habitate më të kufizuara. Në fakt, përqendrimi i metanit do të kishte mbetur i njëjtë ose më i lartë se sot, nëse nivelet e oksigjenit do të ishin mbajtur më të ulëta.

Kjo shpjegon pse në Tokë, gjatë Proterozoikut, nuk kishte akullnaja për gati 1.500 miliard vjet, edhe pse Dielli ishte ende mjaft i dobët. Beenshtë spekuluar mundësia që një rritje e dytë në oksigjenin atmosferik, ose në sulfat të tretur, do të kishte shkaktuar gjithashtu episode të akullnajës, duke zvogëluar efektin mbrojtës të metanit.

Siç mund ta shihni, atmosfera e Tokës nuk ka qenë gjithmonë si sot. Ndodhi të ishte pa oksigjen (një molekulë që na duhet sot për të jetuar) dhe ku metani rregullonte klimën dhe mbizotëronte planetin. Për më tepër, pas epokave të akullit, përqendrimi i oksigjenit është rritur derisa të bëhet i qëndrueshëm dhe i barabartë me atë aktual, ndërsa metani është zvogëluar në vende më të kufizuara. Aktualisht, përqendrimi i metanit po rritet për shkak të emetimeve nga aktivitetet njerëzore dhe kontribuon në efektin serë dhe ndryshimet aktuale të klimës.