ประวัติศาสตร์ของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ เมื่อก๊าซมีเทนควบคุมสภาพอากาศ

มีการพูดกันมาตลอดว่า อากาศเปลี่ยนแปลง เป็นสิ่งที่ค่อนข้างทันสมัยซึ่งส่วนใหญ่เกิดจากการปล่อยก๊าซเรือนกระจกจำนวนมากสู่ชั้นบรรยากาศเช่น มีเทน และ CO2 โดยมนุษย์ตั้งแต่การปฏิวัติอุตสาหกรรม อย่างไรก็ตามคุณจะคิดอย่างไรถ้าฉันบอกคุณว่าตลอดหลายพันล้านปีนับตั้งแต่โลกก่อตัวขึ้นมีการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศอื่น ๆ ?

ชั้นบรรยากาศของโลกไม่ได้เป็นอย่างที่เป็นอยู่ในปัจจุบันเสมอไป ผ่านการแต่งมาหลายประเภท ประวัติศาสตร์ของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศคืออะไร?

เมื่อก๊าซมีเทนควบคุมสภาพอากาศ

ประมาณ 2.300 พันล้านปีก่อนจุลินทรีย์แปลก ๆ ได้หายใจสิ่งมีชีวิตใหม่เข้าสู่ดาวเคราะห์โลก "อายุน้อย" ในขณะนั้น มันเกี่ยวกับไซยาโนแบคทีเรีย พวกมันทำให้ดาวเคราะห์เต็มไปด้วยอากาศ อย่างไรก็ตามเชื่อกันว่านานก่อนหน้านี้สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวอีกกลุ่มหนึ่งที่อาศัยอยู่บนโลกและสามารถทำให้มันอยู่ได้ เรากำลังพูดถึง methanogens

เมธาโนเจนเป็นสิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวที่สามารถดำรงอยู่ได้ภายใต้เงื่อนไขที่ ไม่มีออกซิเจนและสังเคราะห์ก๊าซมีเทนในระหว่างการเผาผลาญเป็นของเสีย ทุกวันนี้เราสามารถพบเมทาโนเจนได้ในสถานที่ต่างๆเช่นลำไส้ของสัตว์เคี้ยวเอื้องก้นตะกอนและที่อื่น ๆ บนโลกที่ไม่มีออกซิเจน

อย่างที่เราทราบกันดีว่ามีเทนเป็นก๊าซเรือนกระจกที่ กักเก็บความร้อนได้มากกว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ถึง 23 เท่า ดังนั้นจึงมีการตั้งสมมติฐานว่าในช่วงสองพันล้านปีแรกของดาวเคราะห์โลกเมทาโนเจนปกครอง ก๊าซมีเทนที่สังเคราะห์โดยสิ่งมีชีวิตเหล่านี้ก่อให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจกและผลกระทบอย่างมากต่อสภาพภูมิอากาศของโลกทั้งใบ

ปัจจุบันก๊าซมีเทนจะคงอยู่ในชั้นบรรยากาศเป็นเวลาประมาณ 10 ปีเท่านั้นเนื่องจากมีออกซิเจน อย่างไรก็ตามหากบรรยากาศของโลกขาดโมเลกุลของออกซิเจนก๊าซมีเทนอาจคงอยู่ได้ประมาณ 10.000 ปี ในเวลานั้นแสงแดดยังไม่แรงเท่าตอนนี้ดังนั้นปริมาณรังสีที่มาถึงพื้นผิวโลกและทำให้โลกร้อนขึ้นจึงน้อยลงมาก นั่นคือเหตุผลที่เพื่อเพิ่มอุณหภูมิของโลกและสร้างสภาพแวดล้อมที่น่าอยู่ จำเป็นต้องใช้ก๊าซมีเทนเพื่อดักจับความร้อน

ผลเรือนกระจกของบรรยากาศดั้งเดิม

เมื่อโลกก่อตัวขึ้นเมื่อประมาณ 4.600 พันล้านปีก่อนดวงอาทิตย์ให้ความส่องสว่างเทียบเท่ากับ 70% ของสิ่งที่ทำในปัจจุบัน นั่นคือเหตุผลที่ก่อนยุคน้ำแข็งแรก (ประมาณ 2.300 พันล้านปีก่อน) ชั้นบรรยากาศขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์เรือนกระจกทั้งหมด

ผู้เชี่ยวชาญด้านการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศคิดว่า ในแอมโมเนีย ในฐานะก๊าซเรือนกระจกที่กักเก็บความร้อนไว้ในบรรยากาศดั้งเดิมเนื่องจากเป็นก๊าซเรือนกระจกที่ทรงพลัง อย่างไรก็ตามในกรณีที่ไม่มีออกซิเจนในชั้นบรรยากาศรังสีอัลตราไวโอเลตจากดวงอาทิตย์จะทำลายแอมโมเนียอย่างรวดเร็วทำให้มีเธนเป็นก๊าซที่โดดเด่นในเวลานั้น

เพื่อการมีส่วนร่วมของความร้อนในชั้นบรรยากาศและปรากฏการณ์เรือนกระจกเรายังเพิ่ม CO2 จากนั้น สมาธิของเขาต่ำลงมากนั่นคือสาเหตุที่ไม่สามารถเป็นสาเหตุของภาวะเรือนกระจกได้ CO2 ถูกปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศตามธรรมชาติโดยผ่านภูเขาไฟเท่านั้น

บทบาทของก๊าซมีเทนและหมอกที่ทำให้โลกเย็นลง

บทบาทของมีเธนในการควบคุมสภาพอากาศในยุคแรกเริ่มเมื่อประมาณ 3.500 พันล้านปีก่อนเมื่อเมธาโนเจนสังเคราะห์ก๊าซมีเธนในมหาสมุทรเป็นของเสีย ก๊าซนี้ดักจับความร้อนจากดวงอาทิตย์ในบริเวณที่กว้างของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า นอกจากนี้ยังอนุญาตให้มีการผ่านของรังสีอัลตราไวโอเลตดังนั้นในบรรดาปัจจัยเหล่านี้ที่เพิ่มด้วย CO2 ที่มีอยู่ พวกมันทำให้ดาวเคราะห์อยู่ในอุณหภูมิที่เหมาะสม

เมธาโนเจนอยู่รอดได้ดีกว่าเมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นวัฏจักรของน้ำและการกัดเซาะของหินก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน กระบวนการกัดกร่อนของหินนี้สกัด CO2 ออกจากชั้นบรรยากาศ ทั้งสองอย่าง ความเข้มข้นของก๊าซมีเทนและของ CO2 ในบรรยากาศมีค่าเท่ากัน

เคมีของบรรยากาศทำให้โมเลกุลของมีเธนพอลิเมอไรเซชัน (สร้างโซ่ของโมเลกุลมีเธนที่เชื่อมโยงกัน) และก่อตัวเป็นไฮโดรคาร์บอนที่ซับซ้อน ไฮโดรคาร์บอนเหล่านี้รวมตัวเป็นอนุภาคที่ระดับความสูง พวกเขาก่อตัวเป็นหมอกสีส้ม  เมฆฝุ่นอินทรีย์นี้ชดเชยปรากฏการณ์เรือนกระจกด้วยการดูดซับแสงที่มองเห็นได้จากรังสีดวงอาทิตย์ตกกระทบและปล่อยกลับสู่อวกาศ ด้วยวิธีนี้จะช่วยลดปริมาณความร้อนที่มาถึงพื้นผิวดาวเคราะห์และมีส่วนทำให้สภาพอากาศเย็นลงและชะลอการผลิตก๊าซมีเทน

เทอร์โมฟิลิกเมทาโนเจน

เมทาโนเจนชนิดเทอร์โมฟิลิกเป็นสารที่อยู่รอดได้ในช่วงอุณหภูมิที่ค่อนข้างสูง ด้วยเหตุนี้เมื่อเกิดหมอกไฮโดรคาร์บอนเมื่ออุณหภูมิโลกเย็นลงและลดลงเมทาโนเจนชนิดทนความร้อนจึงไม่สามารถอยู่รอดในสภาวะดังกล่าวได้ ด้วยสภาพอากาศที่หนาวเย็นกว่าและประชากรเมทาโนเจนที่ทนความร้อนที่เป็นอันตราย เงื่อนไขบนโลกเปลี่ยนไป

บรรยากาศจะคงความเข้มข้นของก๊าซมีเทนไว้สูงมากหากมีเธน จะถูกสร้างขึ้นด้วยความเร็วที่เทียบเท่ากับปัจจุบัน. อย่างไรก็ตามเมทาโนเจนไม่ได้สร้างก๊าซมีเทนมากเท่ากับมนุษย์ในกิจกรรมทางอุตสาหกรรมของเรา

โดยทั่วไปแล้วเมธาโนเจนจะกินไฮโดรเจนและ CO2 ทำให้เกิดก๊าซมีเทนเป็นของเสีย คนอื่น ๆ บางคนกินอะซิเตทและสารประกอบอื่น ๆ จากการย่อยสลายสารอินทรีย์แบบไม่ใช้ออกซิเจน นั่นคือเหตุผลว่าทำไมวันนี้ methanogens พวกมันเจริญเติบโตได้เฉพาะในท้องของสัตว์เคี้ยวเอื้องตะกอนที่อยู่ใต้นาข้าวที่ถูกน้ำท่วมและสภาพแวดล้อมที่ไม่เป็นพิษอื่น ๆ แต่เนื่องจากบรรยากาศดั้งเดิมขาดออกซิเจนไฮโดรเจนทั้งหมดที่ปล่อยออกมาจากภูเขาไฟจึงถูกเก็บไว้ในมหาสมุทรและถูกใช้โดยเมทาโนเจนเนื่องจากไม่มีออกซิเจนอยู่ในอุ้งมือเพื่อสร้างน้ำ

หมอกแห่งปรากฏการณ์ "ต่อต้านเรือนกระจก"

เนื่องจากวัฏจักรของการตอบรับเชิงบวกนี้ (อุณหภูมิที่สูงขึ้นเมทาโนเจนมากขึ้นมีเทนมากขึ้นความร้อนมากขึ้นอุณหภูมิมากขึ้น ... ) ดาวเคราะห์จึงกลายเป็นเรือนกระจกร้อนที่มีเพียงจุลินทรีย์ที่ทนความร้อนเท่านั้นที่สามารถปรับตัวให้เข้ากับสภาพแวดล้อมใหม่นี้ได้ อย่างไรก็ตามดังที่ฉันได้กล่าวไว้ก่อนหน้านี้หมอกเกิดขึ้นจากไฮโดรคาร์บอนที่พัดพารังสีอัลตราไวโอเลตที่ตกกระทบ ทำให้อากาศเย็นสบาย. ด้วยวิธีนี้การผลิตก๊าซมีเทนจึงหยุดลงและอุณหภูมิและองค์ประกอบของบรรยากาศจะเริ่มคงที่

ถ้าเราเปรียบเทียบหมอกกับ ไททันดาวเทียมดวงใหญ่ที่สุดของดาวเสาร์ เราจะเห็นว่ามันมีลักษณะสีส้มเหมือนกันซึ่งสอดคล้องกับชั้นอนุภาคไฮโดรคาร์บอนที่หนาแน่นซึ่งเกิดขึ้นเมื่อมีเทนทำปฏิกิริยากับแสงแดด อย่างไรก็ตามชั้นของไฮโดรคาร์บอนนั้นทำให้พื้นผิวของไททันอยู่ที่ -179 องศาเซลเซียส บรรยากาศนี้หนาวเย็นกว่าดาวเคราะห์โลกในประวัติศาสตร์ทั้งหมด

หากเมฆไฮโดรคาร์บอนของโลกมีความหนาแน่นถึงระดับที่ไททันมีอยู่มันจะเบี่ยงเบนแสงแดดมากพอที่จะต่อต้านภาวะเรือนกระจกของก๊าซมีเทน พื้นผิวทั้งหมดของดาวเคราะห์จะแข็งตัวจึงฆ่าเมธาโนเจนทั้งหมด ความแตกต่างระหว่างไททันกับโลกคือดวงจันทร์ของดาวเสาร์นี้ไม่มีทั้ง CO2 และน้ำมีเทนจึงระเหยได้ง่าย

การสิ้นสุดของยุคก๊าซมีเทน

หมอกที่ก่อตัวจากก๊าซมีเทนไม่ได้คงอยู่ตลอดไป มีการเกิดน้ำแข็งสามครั้งเนื่องจาก Proterozoic และมีเทนสามารถอธิบายได้ว่าทำไมจึงเกิดขึ้น

ธารน้ำแข็งแรกเรียกว่าธารน้ำแข็งฮูโรเนียน และใต้หินที่เก่าแก่ที่สุดที่พบภายใต้คราบน้ำแข็งนั้นมีเศษซากของยูเรเนียมและไพไรต์ซึ่งเป็นแร่ธาตุสองชนิดที่บ่งบอกถึงระดับออกซิเจนในบรรยากาศที่ต่ำมาก อย่างไรก็ตามเหนือชั้นน้ำแข็งจะพบหินทรายสีแดงซึ่งมีแร่เฮมาไทต์ซึ่งเป็นแร่ที่ก่อตัวขึ้นใน สภาพแวดล้อมที่อุดมด้วยออกซิเจน ทั้งหมดนี้บ่งชี้ว่าธารน้ำแข็งของฮูโรเนียนเกิดขึ้นอย่างแม่นยำเมื่อระดับออกซิเจนในบรรยากาศเริ่มสูงขึ้นเป็นครั้งแรก

ในสภาพแวดล้อมใหม่นี้อุดมไปด้วยออกซิเจนเมทาโนเจนและสิ่งมีชีวิตอื่น ๆ ที่ไม่ใช้ออกซิเจนซึ่งเคยครองโลกค่อยๆหายไปหรือถูกมองว่าถูก จำกัด ให้อยู่ในแหล่งที่อยู่อาศัยที่ จำกัด มากขึ้น ในความเป็นจริงความเข้มข้นของก๊าซมีเทนจะยังคงเท่าเดิมหรือสูงกว่าที่เป็นอยู่ในปัจจุบันหากระดับออกซิเจนลดลง

สิ่งนี้อธิบายได้ว่าทำไมบนโลกในช่วงโปรเตโรโซอิก ไม่มีธารน้ำแข็งมาเกือบ 1.500 พันล้านปีแม้ว่าดวงอาทิตย์ยังค่อนข้างอ่อนแอ มีการคาดเดาถึงความเป็นไปได้ที่การเพิ่มขึ้นเป็นครั้งที่สองของออกซิเจนในบรรยากาศหรือในซัลเฟตที่ละลายน้ำจะทำให้เกิดการแข็งตัวของน้ำแข็งด้วยการลดผลการป้องกันของก๊าซมีเทน

อย่างที่คุณเห็นชั้นบรรยากาศของโลกไม่ได้เป็นอย่างที่เป็นอยู่ในปัจจุบันเสมอไป มันเกิดขึ้นโดยปราศจากออกซิเจน (โมเลกุลที่เราต้องการในการดำรงชีวิตในปัจจุบัน) และก๊าซมีเทนที่ควบคุมสภาพอากาศและครอบงำโลก นอกจากนี้หลังจากยุคน้ำแข็งความเข้มข้นของออกซิเจนเพิ่มขึ้นจนคงที่และเท่ากับปัจจุบันในขณะที่ก๊าซมีเทนลดลงไปอยู่ในที่ จำกัด มากขึ้น ปัจจุบันความเข้มข้นของก๊าซมีเทนเพิ่มขึ้นเนื่องจากการปล่อยก๊าซจากกิจกรรมของมนุษย์และก่อให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจกและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในปัจจุบัน