Климатске промене су одувек сматране релативно модерним феноменом, првенствено узрокованим масивним емисијама гасова стаклене баште, као што су метан и CO2, у атмосферу од стране људи од индустријске револуције. Међутим, шта бисте помислили када бих вам рекао да су се друге климатске промене догодиле током милијарди година откако је Земља настала?
Земљина атмосфера није увек била иста као што је данас. Прошла је кроз много различитих састава. Каква је предисторија климатских промена ? У овом контексту, такође је важно размотрити како тренутне климатске промене утичу на нашу планету.
Када је метан регулисао време
Пре око 2.300 милијарде година, чудни микроорганизми су удахнули нови живот тада „младој“ планети Земљи. То су биле цијанобактерије. Оне су испуниле планету ваздухом. Међутим, верује се да је много пре овог времена, друга група једноћелијских организама населила планету и могла је учинити настањивом. Говоримо о метаногенима.
Метаногени су једноћелијски организми који могу да преживе само у срединама без кисеоника и синтетишу метан као отпадни производ током свог метаболизма. Данас се метаногени налазе само на местима попут црева преживара, дна седимената и других места на планети којима недостаје кисеоника.
Молекул метана
Као што знамо, метан је гас стаклене баште који задржава 23 пута више топлоте од угљен-диоксида, што доводи до хипотезе да су метаногени доминирали атмосфером током прве две милијарде година историје Земље. Метан који производе ови организми изазвао је ефекат стаклене баште са огромним последицама по климу планете. Овај феномен нас подстиче да размотримо како су се климатске промене развијале током времена.
Данас, метан опстаје у атмосфери само око 10 година због присуства кисеоника. Међутим, ако Земљина атмосфера не би имала молекуле кисеоника, метан би могао да опстане око 10.000 година. Тада, сунчева светлост није била тако интензивна као сада, па је количина зрачења која допире до Земљине површине и тиме загрева планету била много мања. Стога, да би се подигла температура планете и створило погодно окружење, метан је био потребан да зароби топлоту.
Ефекат стаклене баште примитивне атмосфере
Када је Земља настала пре око 4.600 милијарди година, Сунце је дало сјај еквивалентан 70% онога што ради данас. Због тога је пре првог леденог доба (пре око 2.300 милијарде година) атмосфера у потпуности зависила од ефекта стаклене баште.
Стручњаци за климатске промене некада су сматрали да је амонијак гас стаклене баште који је задржавао топлоту у раној атмосфери, јер је то снажан гас стаклене баште. Међутим, у одсуству атмосферског кисеоника, сунчево ултраљубичасто зрачење брзо је уништило амонијак, па је метан постао доминантан гас стаклене баште. Овај процес је сличан ономе што се дешава у градовима којима прети глобално загревање.
Поред доприноса атмосферске топлоте и ефекта стаклене баште, имамо и CO2. У то време, његова концентрација је била много нижа , због чега није могао бити узрок ефекта стаклене баште. CO2 се емитовао у атмосферу само природним путем, кроз вулкане.
Вулкани су одавали ЦО2 и водоник
Улога метана и магле која је хладила планету
Улога метана у регулисању ране климе почела је пре око 3,5 милијарди година, када су метаногени синтетизовали гас метан као отпадни производ у океанима. Овај гас је задржавао Сунчеву топлоту у широком подручју електромагнетног спектра. Такође је омогућавао пролаз ултраљубичастог зрачења, а ови фактори, у комбинацији са постојећим угљен-диоксидом, помогли су у одржавању настањиве температуре на планети.
Метаногени су успевали на вишим температурама. Како су се температуре појачавале, тако се повећавао и циклус воде, убрзавајући ерозију стена. Овај процес ерозије уклања CO2 из атмосфере, што на крају доводи до конвергенције концентрација метана и CO2.
Хемијски састав атмосфере је довео до полимеризације молекула метана (формирања ланаца молекула метана повезаних заједно) и стварања сложених угљоводоника. Ови угљоводоници су се кондензовали у честице које су, на великим висинама, формирале наранџасту измаглицу. Овај облак органске прашине је супротставио ефекту стаклене баште апсорбујући видљиву светлост од долазећег сунчевог зрачења и поново је емитујући назад у свемир. На тај начин је смањио количину топлоте која допире до површине планете и допринео хлађењу климе и успоравању производње метана.
Термофилни метаногени
Термофилни метаногени су они који преживљавају у релативно високим температурним опсезима. Стога, када се формирао угљоводонични смог, како су се глобалне температуре хладиле и смањивале, термофилни метаногени нису могли да преживе такве услове. Са хладнијом климом и смањењем популације термофилних метаногена, услови на планети су се променили. Ова промена је важна за разумевање утицаја климатских промена на биљни свет.
Атмосфера је могла да одржи тако високе концентрације метана само ако је метан генерисан брзинама упоредивим са данашњим . Међутим, метаногени нису генерисали толико метана колико људи производе кроз наше индустријске активности.
Термофилни метаногени
Метаногени се хране првенствено водоником и CO2, стварајући метан као отпадни производ. Неки други конзумирају ацетат и разна друга једињења која настају анаеробним разградњом органске материје. Зато данас метаногени успевају само у желуцима преживара, муљу испод поплављених пиринчаних поља и другим аноксичним срединама. Али пошто у раној атмосфери није било кисеоника, сав водоник који су емитовали вулкани складиштен је у океанима и коришћен је од стране метаногена, јер им није био доступан кисеоник за формирање воде.
Магла са ефектом „стаклене баште“
Због ове позитивне повратне спреге (виша температура, више метаногена, више метана, више топлоте, виша температура...), планета се трансформисала из тако врелог стакленика да су се само термофилни микроорганизми успели прилагодити овом новом окружењу. Међутим, као што сам већ поменуо, од угљоводоника се формирала измаглица која је скретала долазеће ултраљубичасто зрачење, хладећи климу . Ово је успорило производњу метана, а температуре и састав атмосфере су почели да се стабилизују.
Ако упоредимо маглу са маглом Титана, највећег Сатурновог месеца, видимо да и она има исту карактеристичну наранџасту боју, што одговара густом слоју угљоводоничних честица које се формирају када метан реагује са сунчевом светлошћу. Међутим, тај угљоводонични слој чини температуру површине Титана -179 степени Целзијуса. Ова атмосфера је хладнија него што је Земља икада била у целој својој историји.
Да је Земљин угљоводонични облак достигао густину коју има Титан, одбио би довољно сунчеве светлости да се супротстави снажном ефекту стаклене баште метана. Цела површина планете би се заледила и тако убила све метаногене. Разлика између Титана и Земље је у томе што овај Сатурнов месец нема ни ЦО2 ни воду, па метан лако испарава.
Титан, највећи сателит Сатурна
Крај метанске ере
Магла која је настала од метана није трајала вечно. Од протерозоика су се догодила три ледена доба, а метан може понудити неко објашњење зашто су се догодила. У том контексту, неке теорије сугеришу да је глобално загревање могло утицати на ове промене.
Прво залеђење назива се хуронско залеђење , а испод најстаријих стена пронађених под његовим глацијалним наслагама налазе се уранинит и пиритни детритус, два минерала која указују на веома низак ниво атмосферског кисеоника. Међутим, изнад глацијалних слојева, примећује се црвенкасти пешчар који садржи хематит, минерал који се формира у срединама богатим кисеоником. Све ово указује на то да се хуронско залеђење догодило управо када је ниво атмосферског кисеоника први пут почео нагло да расте.
У овом новом окружењу које је све више богато кисеоником, метаногени и други анаеробни организми који су некада доминирали планетом, постепено су нестајали или су били све више ограничени на ограничена станишта. У ствари, концентрација метана би остала иста или већа него што је данас, да су нивои кисеоника били нижи.
Ово објашњава зашто током протерозоичког еона није било ледених доба на Земљи скоро 1.500 милијарди година , иако је Сунце још увек било прилично слабо. Спекулисало се да је други пораст атмосферског кисеоника, или раствореног сулфата, такође могао да покрене ледена доба смањењем заштитног дејства метана.
Као што видите, Земљина атмосфера није увек била таква каква је данас. Догодило се да је без кисеоника (молекула који нам је данас потребан да бисмо живели) и где је метан регулисао климу и доминирао планетом. Даље, након глацијација, концентрација кисеоника се повећавала док не постане стабилна и једнака тренутној, док је метан смањен на ограничена места. Тренутно се концентрација метана повећава због емисија од људских активности и доприноси ефекту стаклене баште и тренутним климатским променама.
