Fotoğraf kredisi: Stanford
Bir zaman makinesi bizi Dünya'nın doğumuna 4.6 milyar yıl geri götürebilirse, güneşimizin bugünkünden yüzde 20 ila 25 daha az parladığını görürüz. Güneş enerjisini yakalamak ve atmosferi ısıtmak için dünyevi bir sera olmasaydı, dünyamız dönen bir buz topu olurdu. Hayat asla evrimleşmemiş olabilir.
Ama hayat evrim geçirdi, bu yüzden Dünya'yı ısıtmak için sera gazları etrafta olmalıydı. Jeolojik kayıtlardan elde edilen kanıtlar, sera gazı karbondioksitinin bolluğunu göstermektedir. Metan da muhtemelen mevcuttu, ancak bu sera gazı kesin olarak tespit etmek için yeterli jeolojik ayak izi bırakmıyor. Moleküler oksijen yoktu, çağdan demir oksit yerine demir karbonat içeren kayaları gösterir. Akan akarsuların taş parmak izleri, sıvı okyanuslar ve buharlaşmadan oluşan mineraller 3 milyar yıl önce Dünya'nın sıvı su için yeterince sıcak olduğunu doğruladı.
Şimdi, Dünya'nın en eski kayalarının bazılarında ortaya çıkan jeolojik kayıt, o seranın şaşırtıcı bir çöküş hikayesini ve daha sonra yenilenmesini anlatıyor. Ancak, daha da şaşırtıcı olan, jeoloji dergisinin 25 Mayıs sayısında bu bulguları bildiren Stanford bilim adamlarının, kayaların erken atmosferin evriminde oynadığı kritik rol olduğunu söylüyor.
Jeoloji ve çevre bilimleri profesörü Donald R. Lowe, “Bu gerçekten ilk atmosfer, erken iklim ve erken kıta evriminin nasıl el ele gittiğini gösteren bir tablo oluşturmaya çalıştık” dedi. erken yaşamı araştıran yüksek lisans öğrencisi Michael M. Tice ile birlikte. NASA’nın Ekzoloji Programı çalışmalarını finanse etti. “Jeolojik geçmişte iklim ve atmosfer, kıtaların gelişmesinden gerçekten çok etkilendi.”
Kayaların rekoru
Erken atmosferin nasıl olduğu ve nasıl geliştiği hakkında jeolojik ipuçlarını bir araya getirmek için, bir alan jeoloğu olan Lowe, 1977'den beri neredeyse her yaz Güney Afrika'da veya Batı Avustralya'da tam anlamıyla tepelerden daha büyük kayaları toplayarak geçirdi. Dünyanın en eski kayalarından bazıları, yaklaşık 3.2 ila 3.5 milyar yaşındadır.
Lowe, “Ne kadar geriye giderseniz, genel olarak sadık bir kayıt bulmak zorlaşıyor, bükülmemiş ve sıkılmamış ve başka şekillerde değiştirilmemiş ve başka şekilde değiştirilmemiş kayalar” diyor. "Sedimanter rekor kadar geriye bakıyoruz."
Kayaları ölçüp haritaladıktan sonra Lowe, özelliklerini bir mikroskop altında ortaya çıkarabilecek kadar ince bölümler halinde kesmek için örnekleri Stanford'a geri getirir. Ortak çalışanlar, kayaların tarihini daha da ortaya çıkaran jeokimyasal ve izotop analizlere ve bilgisayar modellemesine katılırlar.
Jeolojik kayıt, kıtaların sera gazı karbondioksiti 70 santigrat derece (158 F) kadar sıcak olabilecek erken bir atmosferden çıkardığı bir hikaye anlatıyor. Bu zamanda Dünya çoğunlukla okyanustu. Kutup buz kapaklarına sahip olmak çok sıcaktı. Lowe, yağmurun atmosferik karbondioksit ile birleştiğini ve yeni oluşan kıtasal kabuğun çıkıntı dağlarını aşındıran karbonik asit yapmak için varsayıyor. Karbonik asit, ayrışma minerallerinin yapılarına doğru yol alan hidrojen iyonları ve okyanus çökeltilerinde kireçtaşı ve diğer mineraller olarak birikecek nehirler ve akarsularda taşınan bikarbonat oluşturmak üzere ayrışmıştır.
Zamanla, büyük okyanus kabuğu tabakaları Dünya'nın mantosuna çekildi veya çöktü. Bu kabuğa kilitlenen karbon esasen kaybolmuş, 60 milyon yıl boyunca bağlanmış, böylece mineraller yüzeye geri dönüştürülmek veya volkanlardan daha iyi geçmek için mineralleri almıştı.
Sıcak erken atmosfer muhtemelen metan da içeriyordu, diyor Lowe. Hava şartlarından dolayı karbondioksit seviyeleri düştükçe, bir noktada karbondioksit ve metan seviyeleri yaklaşık olarak eşit hale geldi. Bu, metanın ince parçacıklar halinde aerosolleşmesine neden oldu ve bugün Satürn'ün Ay Titanı atmosferinde bulunan bir pus yarattı. Bu “Titan Etkisi” Dünya'da 2.7 ila 2.8 milyar yıl önce meydana geldi.
Titan Etkisi metanı atmosferden uzaklaştırdı ve pus ışığı filtreledi; her ikisi de daha fazla soğuma, belki de 40 ila 50 santigrat derece sıcaklık düşüşüne neden oldu. Sonunda, yaklaşık 3 milyar yıl önce, sera sadece çöktü, Lowe ve Tice teorileşti ve Dünya'nın ilk buzullaması 2.9 milyar yıl önce meydana gelmiş olabilir.
Düşüşten sonraki yükseliş
Burada kayalar hikayede garip bir bükülme ortaya çıkarır - sonunda seranın yenilenmesi. 3 milyar yıl önce Dünya'nın aslında Su Dünyası olduğunu hatırlayın. Atmosferi etkileyecek herhangi bir bitki veya hayvan yoktu. Algler bile henüz gelişmemişti. İlkel fotosentetik mikroplar etraftaydı ve metan oluşumunda ve küçük karbondioksit kullanımında rol oynamış olabilir.
Hızlı kıtasal ayrışma devam ettiği sürece, karbonat okyanus kabuğuna çöktü ve Lowe'un “karbondioksitin çoğunu atmosferden uzak tutan büyük bir depolama tesisi” olarak adlandırdığı işleme tabi tutuldu.
Ancak karbondioksit atmosferden uzaklaştırıldıkça ve kayaya karıştıkça, hava koşulları yavaşladı - dağları aşındırmak için daha az karbonik asit vardı ve dağlar daha da azalıyordu. Ancak volkanlar hala geri dönüştürülmüş okyanus kabuğundan büyük miktarlarda karbon atmosfere yayılıyor.
Lowe, “Sonuçta karbondioksit seviyesi tekrar tırmanıyor” diyor. “Asla muhteşem 70 derece Santigrat seviyesine geri dönmeyebilir, ancak muhtemelen Dünya'yı tekrar sıcak hale getirmek için tırmanmıştır.”
Bu yaz, Lowe ve Tice, Dünya'nın ne kadar sıcak olduğuna dair daha iyi bir fikir edinmek için yaklaşık 2.6 ila 2.7 milyar yıl önce bu zaman aralığının sıcaklığını belirlemelerine izin verecek örnekler toplayacaklar.
Yeni kıtalar oluştu ve yıprandı, yine atmosferden karbondioksit aldı. Yaklaşık 3 milyar yıl önce, belki de Dünya'nın kıtasal kabuktaki mevcut alanının yüzde 10 ila 15'i oluşmuştu. 2,5 milyar yıl önce, şimdiki kıta kabuğu alanının yaklaşık yüzde 50 ila 60'ı kadar muazzam miktarda yeni kıtasal kabuk oluşmuştu. Bu ikinci döngü sırasında, daha fazla miktarda kayanın ayrışması, daha fazla atmosferik soğutmaya neden oldu ve yaklaşık 2.3 ila 2.4 milyar yıl önce derin bir buzullaştı.
Son birkaç milyon yıldır buzul ve buzullar arası çağlar arasında ileri geri salınıyoruz, diyor Lowe. Şu anda bölgeler arası bir dönemdeyiz. Bu bir geçiş - ve bilim adamları, çağlar boyunca doğal süreçlerin neden olduğu zamana kıyasla, yakın tarihte insanların neden olduğu küresel iklim değişikliğinin büyüklüğünü anlamaya çalışıyorlar.
Lowe, “Sistemi geçmişte iklim değişikliklerini karakterize edenlerin çok üzerinde oranlarda rahatsız ediyoruz” dedi. “Bununla birlikte, hemen hemen tüm deneyler, hemen hemen tüm varyasyonlar ve bugün anlamaya çalıştığımız tüm iklim değişiklikleri daha önce gerçekleşti. Doğa bu deneylerin çoğunu zaten yapmış. Eski iklimleri, atmosferik bileşimleri ve jeolojik geçmişte kabuk, atmosfer, yaşam ve iklim arasındaki etkileşimi analiz edebilirsek, bugün neler olduğunu ve yarın gerçekleşme olasılığını anlamak için ilk adımları atabiliriz. ”
Orijinal Kaynak: Stanford Haber Bülteni
