Всегда говорили, что изменение климата Это что-то относительно современное, вызванное, по большей части, большими выбросами парниковых газов в атмосферу, такими как метан и CO2 - человеком со времен промышленной революции. Однако что бы вы подумали, если бы я сказал вам, что за миллиарды лет с момента образования Земли произошли и другие климатические изменения?
Атмосфера Земли не всегда была такой, как сегодня. Он прошел через множество типов композиций. Что такое предыстория изменения климата? В этом контексте также важно учитывать, как изменение климата течение влияет на нашу планету.
Когда метан регулировал погоду
Около 2.300 миллиарда лет назад странные микроорганизмы вдохнули новую жизнь в тогда еще «молодую» планету Земля. Это про цианобактерии. Они наполнили планету воздухом. Однако считается, что задолго до этого на планете населяла другая группа одноклеточных организмов, которые могли сделать ее обитаемой. Мы говорим о метаногенах.
Метаногены - это одноклеточные организмы, которые могут выжить только в условиях, когда нет кислорода, и они синтезируют метан в процессе метаболизма в виде отходов. Сегодня мы можем найти метаногены только в таких местах, как кишечник жвачных животных, дно отложений и другие места на планете, где нет кислорода.
Молекула метана
Как известно, метан - это парниковый газ, который сохраняет в 23 раза больше тепла, чем углекислый газ, Итак, существует гипотеза, что в течение первых двух миллиардов лет на планете Земля правили метаногены. Метан, синтезируемый этими организмами, вызвал парниковый эффект, оказавший огромное влияние на климат всей планеты. Это явление заставляет нас задуматься о том, как изменение климата развивалась с течением времени.
Сегодня метан сохраняется в атмосфере только около 10 лет из-за присутствия кислорода. Однако, если бы в атмосфере Земли не хватало молекул кислорода, метан мог бы существовать около 10.000 XNUMX лет. В то время солнечный свет был не таким сильным, как сейчас, поэтому количество радиации, достигшей поверхности Земли и, следовательно, согревшей планету, было намного меньше. Вот почему, чтобы повысить температуру планеты и создать среду обитания, метан был нужен для улавливания тепла.
Парниковый эффект примитивной атмосферы
Когда Земля сформировалась около 4.600 миллиарда лет назад, Солнце излучало светимость, эквивалентную 70% от того, что оно делает сегодня. Вот почему до первого ледникового периода (около 2.300 миллиарда лет назад) атмосфера полностью зависела от парникового эффекта.
Специалисты по изменению климата думали в аммиаке как парниковый газ, который сохранял тепло в ранней атмосфере, поскольку это мощный парниковый газ. Однако при отсутствии кислорода в атмосфере ультрафиолетовое излучение Солнца быстро разрушает аммиак, поэтому в то время преобладающим газом был метан. Этот процесс похож на то, что происходит в города, которым угрожает глобальное потепление.
К вкладу тепла в атмосферу и парниковому эффекту мы также добавляем CO2. Тогда, его концентрация была намного ниже, поэтому не могло быть причиной парникового эффекта. CO2 выбрасывался в атмосферу только естественным путем, через вулканы.
Вулканы выделяют CO2 и водород
Роль метана и тумана, охладившего планету
Роль метана в регулировании примитивного климата началась примерно 3.500 миллиарда лет назад, когда метаногены синтезировали метан в океанах в качестве побочного продукта. Этот газ удерживал тепло Солнца в широкой области электромагнитного спектра. Он также позволял пропускать ультрафиолетовое излучение, поэтому среди этих факторов, добавленных к существующему СО2, они поддерживали на планете пригодную для жизни температуру.
Метаногены лучше выживают при более высоких температурах. По мере повышения температуры, круговорот воды и эрозия горных пород усиливались. Этот процесс эрозии горных пород приводит к извлечению СО2 из атмосферы. Так что оба концентрация метана и CO2 в атмосфере стала равной.
Химический состав атмосферы заставил молекулы метана полимеризоваться (образовывать цепочки из связанных вместе молекул метана) и образовывать сложные углеводороды. Эти углеводороды конденсировались в частицы, которые на большой высоте они образовали оранжевый туман. Это облако органической пыли компенсировало парниковый эффект, поглощая видимый свет падающего солнечного излучения и испуская его обратно в космос. Таким образом, он уменьшил количество тепла, достигающего поверхности планеты, и способствовал охлаждению климата и замедлению производства метана.
Термофильные метаногены
Термофильные метаногены - это те, которые выживают в довольно высоких температурных диапазонах. По этой причине, когда образовался углеводородный туман, когда глобальные температуры охлаждались и уменьшались, термофильные метаногены не могли выжить в таких условиях. С более холодным климатом и вредной популяцией термофильного метаногена, условия на планете изменились. Это изменение важно для понимания влияние изменения климата на жизнь растений.
Атмосфера могла бы поддерживать такую высокую концентрацию метана, только если бы метан генерировались бы на скоростях, сопоставимых с текущими. Однако метаногены не производят столько метана, сколько люди, в нашей промышленной деятельности.
Термофильные метаногены
Метаногены в основном питаются водородом и CO2, образуя метан в качестве побочного продукта. Некоторые другие потребляют ацетат и различные другие соединения в результате анаэробного разложения органических веществ. Вот почему сегодня метаногены Они процветают только в желудках жвачных животных, иле, лежащем в основе затопленных рисовых полей и других бескислородных средах. Но поскольку в примитивной атмосфере не хватало кислорода, весь водород, испускаемый вулканами, хранился в океанах и использовался метаногенами, поскольку у него не было кислорода в пределах досягаемости для образования воды.
Туман «антипарникового» эффекта
Благодаря этому циклу положительной обратной связи (более высокая температура, больше метаногенов, больше метана, больше тепла, больше температуры…) планета превратилась в такую горячую оранжерею, что только термофильные микроорганизмы смогли приспособиться к этой новой среде. Однако, как я упоминал ранее, из углеводородов образовался туман, который уносил падающее ультрафиолетовое излучение. сделать погоду прохладной. Таким образом, производство метана было остановлено, и температура и состав атмосферы начали бы стабилизироваться.
Если сравнить туман с туманом Титан, самый большой спутник Сатурна, мы видим, что он также имеет такой же характерный оранжевый цвет, соответствующий плотному слою углеводородных частиц, который образуется, когда метан реагирует с солнечным светом. Однако из-за этого слоя углеводородов температура поверхности Титана составляет -179 градусов по Цельсию. Эта атмосфера холоднее, чем была на планете Земля за всю ее историю.
Если бы углеводородное облако Земли достигло плотности Титана, оно бы отражало достаточно солнечного света, чтобы противодействовать мощному парниковому эффекту метана. Вся поверхность планеты замерзла бы, убив все метаногены. Разница между Титаном и Землей в том, что на спутнике Сатурна нет ни CO2, ни воды, поэтому метан легко испаряется.
Титан, самый большой спутник Сатурна
Конец эпохи метана
Туман, образовавшийся из метана, не длился вечно. Со времен протерозоя произошло три ледниковых периода, и метан может объяснить, почему они произошли. В этом контексте некоторые теории предполагают, что Глобальное потепление могли повлиять на эти изменения.
Первое оледенение называется гуронским оледенением. а под самыми древними породами, обнаруженными под его ледниковыми отложениями, есть детрит из уранинита и пирита, двух минералов, которые указывают на очень низкий уровень атмосферного кислорода. Однако над ледниковыми слоями наблюдается красноватый песчаник, содержащий гематит, минерал, который образуется в богатая кислородом среда. Все это указывает на то, что гуронское оледенение произошло именно тогда, когда уровень кислорода в атмосфере впервые начал стремительно расти.
В этой новой среде, которая становится все более богатой кислородом, метаногенами и другими анаэробными организмами, которые когда-то доминировали на планете, постепенно исчезают или все чаще ограничиваются более ограниченными средами обитания. Фактически, концентрация метана осталась бы такой же или выше, чем сегодня, если бы уровень кислорода оставался более низким.
Это объясняет, почему на Земле в протерозое почти 1.500 миллиарда лет не было оледенений, хотя Солнце все еще было довольно слабым. Было высказано предположение, что повторное повышение уровня кислорода в атмосфере или растворенного сульфата также могло бы вызвать эпизоды ледникового периода из-за снижения защитного эффекта метана.
Как видите, атмосфера Земли не всегда была такой, как сегодня. Он оказался лишенным кислорода (молекулы, которая нам нужна сегодня для жизни), а метан регулировал климат и доминировал на планете. Кроме того, после ледниковых периодов концентрация кислорода увеличивалась, пока не стала стабильной и равной текущей, в то время как содержание метана сократилось до более ограниченных мест. В настоящее время концентрация метана увеличивается из-за выбросов в результате деятельности человека и способствует парниковому эффекту и текущему изменению климата.
