Pildikrediit: Stanford
Kui ajamasin võiks meid Maa sündi tagasi viia 4,6 miljardit aastat, näeksime, et meie päike paistab 20–25 protsenti vähem eredalt kui praegu. Ilma maaenergia kasvuhooneta, mis päikseenergia lõksu püüaks ja atmosfääri soojendaks, oleks meie maailm pöörlev jääpall. Elu pole võib-olla kunagi arenenud.
Kuid elu arenes, nii et Maa soojendamiseks pidid kasvuhoonegaasid olema juba umbes. Geoloogiliste andmete põhjal on kasvuhoonegaaside süsinikdioksiidi arvukus. Tõenäoliselt oli ka metaani, kuid see kasvuhoonegaas ei jäta piisavalt geoloogilist jalajälge, et seda kindlalt tuvastada. Molekulaarset hapnikku ei olnud ümber, viitavad ajastu kivimitele, mis sisaldavad raudoksiidi asemel raudkarbonaati. Voolavate ojade, vedelate ookeanide ja aurustumisest moodustunud mineraalide kivide sõrmejäljed kinnitavad, et 3 miljardit aastat tagasi oli Maa vedela vee jaoks piisavalt soe.
Nüüd, mõnes Maa vanimas kivis ilmnenud geoloogiline salvestus, on üllatav lugu selle kasvuhoone kokkuvarisemisest ja selle hilisemast taastumisest. Kuid veelgi üllatavam, nagu ütlevad Stanfordi teadlased, kes teatavad nendest avastustest ajakirja Geology 25. mai numbris, on kriitiline roll, mida kivid etendasid varajases atmosfääris.
"See on tõesti esimene kord, kui oleme proovinud kokku panna pildi sellest, kuidas varajane atmosfäär, varajane kliima ja varajane mandri evolutsioon käisid käsikäes," ütles geoloogia- ja keskkonnateaduse professor Donald R. Lowe, kes kirjutas paber varase elu uurinud kraadiõppuri Michael M. Tice'iga. NASA eksobioloogiaprogramm rahastas nende tööd. "Geoloogilises minevikus mõjutasid mandrite areng kliimat ja atmosfääri tõeliselt sügavalt."
Rekord kivides
Et kokku panna geoloogilisi vihjeid selle kohta, milline oli varajane atmosfäär ja kuidas see kujunes, on väligeoloog Lowe veetnud alates 1977. aastast praktiliselt igal suvel Lõuna-Aafrikas või Lääne-Austraalias, kogudes kaljusid, mis on sõna otseses mõttes küngastest vanemad. Mõned Maa vanimad kivimid, nende vanus on umbes 3,2–3,5 miljardit aastat.
"Mida kaugemale te lähete, üldiselt on seda raskem leida ustavat ülestähendust, kivimeid, mida pole keerutatud ega pigistatud, moondatud ja muul viisil muudetud," ütleb Lowe. "Me vaatame tagasi juba nii kaugele kui setterekord."
Pärast kivide mõõtmist ja kaardistamist viib Lowe proovid tagasi Stanfordi, et lõigata nii õhukesteks lõikudeks, et nende omadusi saab mikroskoobi abil paljastada. Kaastöötajad osalevad geokeemilistes ja isotoopsetes analüüsides ning arvutimudelites, mis paljastavad veelgi kivimite ajalugu.
Geoloogiline salvestus räägib loo, kus mandrid eemaldasid kasvuhoonegaaside süsinikdioksiidi varasest atmosfäärist, mis võis olla nii kuum kui 70 kraadi Celsiuse järgi. Sel ajal oli Maa enamasti ookean. Polaarsete jääkorkide jaoks oli liiga palav. Lowe püstitab hüpoteesi, et vihm koos atmosfääri süsinikdioksiidiga moodustas süsihappe, mis ilmastikuolude moodustunud mäestiku kooriku ilmastikuolude ilmastikutingimusteks muutis. Süsihape dissotsieerus, moodustades vesinikioonid, mis leidsid tee ilmastikuolude mineraalide struktuuridesse, ja vesinikkarbonaat, mida kanti jõgedes ja ojades, mis ladestusid ookeani setetes lubjakivi ja muude mineraalidena.
Aja jooksul tõmmati suured vahemere ookeani koorikud tahvlitesse või viidi need maakera sisse. Sellesse maakooresse lukustatud süsinik oli sisuliselt kadunud, seotud umbes 60 miljoni aasta jooksul või nii, et mineraalide pinnal ringlussevõtuks või vulkaanide kaudu gaaside eraldamiseks kulus mineraale.
Kuum varajane atmosfäär sisaldas tõenäoliselt ka metaani, väidab Lowe. Kuna süsinikdioksiidi tase langes ilmastikuolude mõjul, arvas ta mingil hetkel, et süsihappegaasi ja metaani tase on umbes võrdne. See põhjustas metaani aerosoolimise peeneteks osakesteks, tekitades hägusust, mis sarnaneb tänapäeval Saturni kuu Titan atmosfääris sisalduvaga. See “Titaaniefekt” leidis aset Maal 2,7–2,8 miljardit aastat tagasi.
Titan Effect eemaldas atmosfäärist metaani ja udusus filtris välja valguse; mõlemad põhjustasid edasise jahutuse, võib-olla langes temperatuur 40-50 kraadi Celsiuse järgi. Lõpuks, umbes 3 miljardit aastat tagasi, varises kasvuhoone lihtsalt kokku, teoreetivad Lowe ja Tice ning Maa esimene jäätumine võis aset leida 2,9 miljardit aastat tagasi.
Tõus pärast langust
Siin ilmutavad kivimid loos veidrat keerdkäiku - kasvuhoone taaselustamist. Tuletame meelde, et 3 miljardit aastat tagasi oli Maa sisuliselt Veemaailm. Seal polnud ühtegi taime ega looma, kes atmosfääri mõjutaks. Isegi vetikad polnud veel välja arenenud. Ümberringi olid primitiivsed fotosünteetilised mikroobid ja need võisid mängida rolli metaani tekitamises ja süsinikdioksiidi väheses kasutamises.
Nii kaua kui mandri kiire ilmastik jätkus, sadestati karbonaat ookeanilisele maakoorele ja sukeldus sellesse, mida Lowe nimetab „suureks hoidlaks… mis hoiab suurema osa süsinikdioksiidist atmosfäärist väljas”.
Kuid kuna süsinikdioksiid eemaldati atmosfäärist ja liideti kivimiga, aeglustus ilmastik - mägede lagundamiseks oli vähem süsihapet ja mäed muutusid madalamaks. Kuid vulkaanid eraldasid atmosfääri endiselt suures koguses süsinikku ringlussevõetud ookeanilisest koorikust.
"Nii et lõpuks tõuseb süsinikdioksiidi tase uuesti," ütleb Lowe. "See ei pruugi kunagi naasta täies hiilgavas 70-kraadisesse kraadi, kuid tõenäoliselt tõusis see Maa uuesti sooja saamiseks."
Sel suvel koguvad Lowe ja Tice proove, mis võimaldavad neil kindlaks teha selle ajavahemiku temperatuuri, umbes 2,6–2,7 miljardit aastat tagasi, et saada parem ülevaade sellest, kuidas Kuum maa sai.
Moodustusid ja ilmastikku ilmnesid uued mandrid, viies taas atmosfäärist välja süsinikdioksiidi. Umbes 3 miljardit aastat tagasi oli moodustunud võib-olla 10 või 15 protsenti Maa praegusest mandri kooriku piirkonnast. 2,5 miljardit aastat tagasi oli moodustunud tohutult palju uut mandri koorikut - umbes 50–60 protsenti mandri kooriku praegusest pindalast. Selle teise tsükli ajal põhjustas suurema koguse kivimite ilmastiku atmosfääri veelgi jahenemine veelgi, tuues umbes 2,3–2,4 miljardit aastat tagasi sügava nõre.
Viimase paari miljoni aasta jooksul oleme võnkunud edasi-tagasi liustike ja jääde vahelise ajastu vahel, väidab Lowe. Me oleme praegu jäädevahelisel perioodil. See on üleminek - ja teadlased püüavad endiselt mõista lähiajaloo inimeste põhjustatud globaalsete kliimamuutuste ulatust võrreldes ajastute looduslike protsesside põhjustatud ulatusega.
"Me häirime süsteemi kiirusega, mis ületab tunduvalt selliseid, mis on varem kliimamuutusi iseloomustanud," ütles Lowe. „Sellegipoolest on praktiliselt kõiki katseid, praktiliselt kõiki variatsioone ja kõiki kliimamuutusi, mida täna proovime mõista, varemgi juhtunud. Loodus on suurema osa neist katsetest juba teinud. Kui suudame analüüsida iidseid kliimasid, atmosfääri kompositsioone ning geoloogilise mineviku maakoore, atmosfääri, elu ja kliima koosmõju, saame teha mõned esimesed sammud mõistmaks, mis toimub täna ja tõenäoliselt juhtub homme. ”
Algne allikas: Stanfordi uudisteade
