קרדיט תמונה: סטנפורד
אם מכונת זמן יכולה להחזיר אותנו 4.6 מיליארד שנה ללידת כדור הארץ, היינו רואים שהשמש שלנו זורחת 20 עד 25 אחוז פחות בהיר מהיום. ללא חממה ארצית שתלכוד את אנרגיית השמש ולחמם את האווירה, העולם שלנו היה כדור קרח מסתובב. ייתכן שמעולם לא התפתחו החיים.
אבל החיים התפתחו, כך שגזי חממה כנראה היו שם כדי לחמם את כדור הארץ. עדויות מהתיעוד הגיאולוגי מצביעות על שפע של פחמן דו חמצני בגז החממה. מתאן ככל הנראה היה קיים גם כן, אך גז החממה לא משאיר מספיק טביעת רגל גיאולוגית כדי לוודא בוודאות. חמצן מולקולרי לא היה בסביבה, מעידים על סלעים מהתקופה, המכילים פחמתי ברזל במקום תחמוצת ברזל. טביעות אצבעות אבן של נחלים זורמים, אוקיינוסים נוזליים ומינרלים שנוצרו מאידוי מאשרים שלפני 3 מיליארד שנה, כדור הארץ היה מספיק חם למים נוזליים.
כעת, התיעוד הגיאולוגי שנחשף בכמה מהסלעים העתיקים ביותר בכדור הארץ מספר סיפור מפליא של התמוטטות החממה ההיא - והתחדשותו לאחר מכן. אך מפתיע עוד יותר, אומרים שמדעני סטנפורד המדווחים על ממצאים אלה בגיליון 25 במאי של כתב העת Geology, הוא התפקיד הקריטי שמילאו סלעים בהתפתחות האווירה המוקדמת.
"זו באמת הפעם הראשונה שניסינו להרכיב תמונה כיצד האווירה המוקדמת, האקלים המוקדם והתפתחות יבשתית מוקדמת הולכים יד ביד," אמר דונלד ר. לואי, פרופסור למדעי הגיאולוגיה והסביבה שכתב את נייר עם מייקל מ. טייס, סטודנט לתארים מתקדמים שחוקר את חייו המוקדמים. התוכנית האקסוביולוגית של נאס"א מימנה את עבודתם. "בעבר הגיאולוגי, האקלים והאווירה הושפעו מאוד מהתפתחות היבשות."
התקליט בסלעים
כדי לחבר רמזים גיאולוגיים על אופן האווירה המוקדמת וכיצד התפתח, לווה, גיאולוג שדה, בילה כמעט כל קיץ מאז 1977 בדרום אפריקה או במערב אוסטרליה באיסוף סלעים שהם, פשוטו כמשמעו, מבוגרים מהגבעות. חלק מהסלעים העתיקים ביותר בכדור הארץ הם בני כ3- עד 3.5 מיליארד שנה.
"ככל שאתה הולך יותר בדרך כלל, כך קשה יותר למצוא תיעוד נאמן, סלעים שלא מעוותים וסוחטים ושונו ושונו אחרת", אומר לוא. "אנו מסתכלים אחורה כמעט ככל שרשומה המשקע."
לאחר מדידת ומיפוי סלעים, Lowe מחזיר דגימות לסטנפורד כדי לחתוך אותם לחתכים דקים עד כדי כך שניתן יהיה לחשוף את תווי פניהם תחת מיקרוסקופ. משתפי פעולה משתתפים בניתוחים גיאוכימיים ואיזוטוטיים ובמודלים ממוחשבים שמגלים עוד יותר את ההיסטוריה של הסלעים.
התיעוד הגיאולוגי מספר סיפור בו יבשות הוציאו את גזי החממה מפחמן דו חמצני מאטמוספרה מוקדמת שאולי הייתה חמה כמו 70 מעלות צלזיוס. בזמן הזה כדור הארץ היה ברובו אוקיינוס. היה חם מכדי שיהיו מכסי קרח קוטביים. לוא משער כי גשם בשילוב דו תחמוצת הפחמן האטמוספירה מייצרים חומצה פחמית, אשר התייצבה בהרים היבשים של קרום יבשתי חדש שהוקם. חומצה פחמנית התנתקה ליצירת יוני מימן, שמצאו את דרכם למבנים של מינרלים מבליגים, וביקרבונט, שהועבר במורד נהרות ונחלים שיופקדו כאבן גיר ומינרלים אחרים במשקעים של האוקיאנוס.
עם הזמן, לוחות גדולים של קרום אוקיאני נמשכו או הוחלפו אל תוך מעטפת כדור הארץ. הפחמן שננעל בתוך קרום זה אבד בעיקרו, נקשר במשך 60 מיליון השנים לערך, כך שלקח את המינרלים למיחזור חזרה לפני השטח או הוצא דרך הרי געש.
האטמוספירה החמה הקדומה ככל הנראה הכילה גם מתאן, אומר לוא. ככל שרמות הפחמן הדו-חמצני נפלו בגלל בליה, בשלב מסוים, רמות הפחמן הדו-חמצני והמתאן הפכו לערך שוות, הוא מעריך. זה גרם למתאן להתמזג לחלקיקים עדינים, ויצר אובך דומה לזה שנמצא כיום באטמוספירה של טיטאן הירח של שבתאי. "אפקט הטיטאן" הזה התרחש על פני כדור הארץ לפני 2.7 עד 2.8 מיליארד שנים.
אפקט הטיטאן הוציא מתאן מהאטמוספירה והאובך סינן אור; שניהם גרמו לקירור נוסף, אולי ירידת טמפרטורה של 40 עד 50 מעלות צלזיוס. בסופו של דבר, לפני כשלושה מיליארד שנה, החממה פשוט קרסה, Lowe and Tice תורת, וייתכן כי הקרחון הראשון של כדור הארץ התרחש לפני 2.9 מיליארד שנה.
העלייה אחרי הנפילה
כאן הסלעים חושפים טוויסט מוזר בסיפור - התחדשות בסופו של דבר בחממה. נזכיר שלפני 3 מיליארד שנה, כדור הארץ היה למעשה עולם המים. לא היו צמחים ובעלי חיים שישפיעו על האווירה. אפילו האצות טרם התפתחו. חיידקים פוטוסינתטיים פרימיטיביים היו בסביבה ואולי מילאו תפקיד ביצירת מתאן ובשימוש קל בפחמן דו חמצני.
כל עוד נמשכה בליה מהירה יבשתית, הופקד קרבונט על הקרום האוקיאני והוחלף במה שלוא מכנה "מתקן אחסון גדול ... שהרחיק את מרבית הפחמן הדו-חמצני מהאווירה."
אך ככל שהוצאת הפחמן הדו-חמצני הוסרה מהאטמוספירה ושולבה בסלע, האטה בליה - הייתה פחות חומצה פחמיתית לשחיקת ההרים וההרים הלכו ונעשו נמוכים יותר. אולם הרי געש עדיין הפיצו לאטמוספרה כמויות גדולות של פחמן מקרום אוקיאנוס ממוחזר.
"כך שבסופו של דבר רמת הפחמן הדו חמצני עולה שוב", אומר לוא. "יתכן שהוא לעולם לא יחזור למלוא מפלגתו של 70 מעלות צלזיוס, אבל הוא כנראה טיפס כדי לחמם את כדור הארץ מחדש."
בקיץ זה, לואו וטייס יאספו דגימות שיאפשרו להם לקבוע את הטמפרטורה של מרווח הזמן הזה, לפני כ -2.6 עד 2.7 מיליארד שנה, כדי לקבל מושג טוב יותר על האופן בו כדור הארץ חם.
יבשות חדשות התגבשו והתבכחו בהן, ושוב הוציאו את הפחמן הדו-חמצני מהאווירה. לפני כשלושה מיליארד שנה נוצרו אולי 10 או 15 אחוז מהשטח הנוכחי של כדור הארץ בקרום יבשתי. לפני 2.5 מיליארד שנה נוצרה כמות אדירה של קרום יבשתי חדש - כ -50 עד 60 אחוז מהשטח הנוכחי של הקרום היבשתי. במהלך מחזור שני זה, בליה בכמות הסלע הגדולה יותר גרמה להתקררות אטמוספריה גדולה עוד יותר, והניעה קרחון עמוק לפני כ -2.3 עד 2.4 מיליארד שנה.
במהלך מיליון השנים האחרונות אנו מתנדנדים קדימה ואחורה בין תקופות קרחוניות ובין גזעיות, אומר לואי. אנו נמצאים בתקופה בין גזעית כרגע. זה מעבר - ומדענים עדיין מנסים להבין את גודל שינויי האקלים העולמיים שנגרמו על ידי בני אדם בהיסטוריה האחרונה בהשוואה לזו שנגרמה על ידי תהליכים טבעיים לאורך הדורות.
"אנו מפריעים למערכת בשיעורים העולים בהרבה על אלה שאפיינו שינויים אקלימיים בעבר", אמר לוא. "עם זאת, כמעט כל הניסויים, כמעט כל הווריאציות וכל שינויי האקלים שאנחנו מנסים להבין היום התרחשו בעבר. הטבע עשה את רוב הניסויים האלה כבר. אם נוכל לנתח את האקלים העתיק, את הקומפוזיציות האטמוספריות ואת יחסי הגומלין בין הקרום, האווירה, החיים והאקלים בעבר הגיאולוגי, נוכל לעשות כמה צעדים ראשונים להבנת מה שקורה היום וסביר להניח שיקרה מחר. "
המקור המקורי: מהדורת חדשות סטנפורד
