حقوق الصورة: ستانفورد
إذا كانت آلة الزمن يمكن أن تعيدنا إلى 4.6 مليار سنة إلى ولادة الأرض ، فسنرى أن شمسنا تشرق بنسبة 20 إلى 25 في المائة أقل سطوعًا مما هي عليه اليوم. بدون دفيئة أرضية لاحتجاز طاقة الشمس وتدفئة الغلاف الجوي ، سيكون عالمنا كرة من الجليد. ربما لم تتطور الحياة أبدًا.
لكن الحياة تطورت ، لذا لا بد أن غازات الدفيئة كانت موجودة لتدفئة الأرض. تشير الأدلة من السجل الجيولوجي إلى وفرة من ثاني أكسيد الكربون لغازات الدفيئة. ربما كان الميثان موجودًا أيضًا ، لكن غاز الدفيئة لا يترك ما يكفي من البصمة الجيولوجية للكشف بشكل مؤكد. الأكسجين الجزيئي لم يكن موجودًا ، يشير إلى صخور من العصر ، تحتوي على كربونات الحديد بدلاً من أكسيد الحديد. تؤكد البصمات الحجرية للتدفقات المتدفقة والمحيطات السائلة والمعادن التي تشكلت من التبخر أنه قبل 3 مليارات سنة ، كانت الأرض دافئة بما يكفي للمياه السائلة.
يكشف السجل الجيولوجي الذي تم الكشف عنه في بعض أقدم صخور الأرض حكاية مفاجئة عن انهيار ذلك الصوب الزجاجية - وتجديده اللاحق. لكن الأمر الأكثر إثارة للدهشة ، كما يقول علماء ستانفورد الذين نشروا هذه النتائج في عدد 25 مايو من مجلة الجيولوجيا ، هو الدور الحاسم الذي لعبته الصخور في تطور الغلاف الجوي المبكر.
قال دونالد ر. لوي ، أستاذ العلوم الجيولوجية والبيئية الذي كتب: "هذه هي المرة الأولى التي حاولنا فيها تجميع صورة لكيفية سير الغلاف الجوي المبكر والمناخ المبكر والتطور القاري المبكر جنبًا إلى جنب". ورقة بحثية مع مايكل إم. تايس ، طالب دراسات عليا يبحث في الحياة المبكرة. قام برنامج Exobiology التابع لوكالة ناسا بتمويل عملهم. "في الماضي الجيولوجي ، تأثر المناخ والغلاف الجوي بعمق بتطور القارات".
الرقم القياسي في الصخور
لتجميع القرائن الجيولوجية حول ما كان عليه الجو المبكر وكيف تطورت ، قضى لوي ، الجيولوجي الميداني ، كل صيف تقريبًا منذ عام 1977 في جنوب إفريقيا أو غرب أستراليا يجمع الصخور الأقدم حرفياً من التلال. بعض من أقدم الصخور في الأرض ، يبلغ عمرها 3.2 إلى 3.5 مليار سنة.
يقول لوي: "كلما رجعت إلى الخلف بشكل عام ، كلما كان من الصعب العثور على سجل مخلص ، صخور لم يتم تحريفها وضغطها وتحولها وتغييرها بطريقة أخرى". "نحن ننظر إلى الوراء بقدر ما يذهب السجل الرسوبي."
بعد قياس الصخور ورسم خرائط لها ، أعاد لوي العينات إلى ستانفورد لتقطيعها إلى أجزاء رقيقة جدًا بحيث يمكن الكشف عن معالمها تحت المجهر. يشارك المتعاونون في التحليلات الجيوكيميائية والنظرية ونمذجة الكمبيوتر التي تكشف المزيد عن تاريخ الصخور.
يحكي السجل الجيولوجي قصة قامت فيها القارات بإزالة غاز ثاني أكسيد الكربون من غازات الدفيئة من جو مبكر ربما كان ساخناً حتى 70 درجة مئوية (158 فهرنهايت). في هذا الوقت كانت الأرض في الغالب المحيط. كان الجو حارًا جدًا بحيث لا توجد به أغطية جليدية قطبية. يفترض لوي أن الأمطار تتحد مع ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي لصنع حمض الكربونيك ، الذي نجا من جبال المتعرجة من القشرة القارية المشكلة حديثًا. يتحلل حمض الكربونيك لتشكيل أيونات الهيدروجين ، التي وجدت طريقها إلى هياكل المعادن المتعرجة ، وبيكربونات ، والتي تم حملها في الأنهار والجداول لتترسب كحجر جيري ومعادن أخرى في رواسب المحيطات.
بمرور الوقت ، تم سحب ألواح كبيرة من القشرة المحيطية أو هبطت في عباءة الأرض. فقد الكربون المحتجز في هذه القشرة بشكل أساسي ، وتم تقييده لمدة 60 مليون سنة أو حتى أخذ المعادن لإعادة تدويرها إلى السطح أو إطلاقها عبر البراكين.
يقول لوي إن الجو الحار المبكر ربما يحتوي على الميثان أيضًا. مع انخفاض مستويات ثاني أكسيد الكربون بسبب التجوية ، في مرحلة ما ، أصبحت مستويات ثاني أكسيد الكربون والميثان متساوية تقريبًا. تسبب هذا في أن يتحول غاز الميثان إلى جزيئات دقيقة ، مما يخلق ضبابًا مشابهًا لما هو موجود اليوم في جو قمر زحل تيتان. حدث "تأثير تيتان" هذا على الأرض قبل 2.7 إلى 2.8 مليار سنة.
قام تأثير Titan بإزالة الميثان من الغلاف الجوي وقام الضباب بتصفية الضوء ؛ تسبب كلاهما في مزيد من التبريد ، ربما انخفاض درجة الحرارة من 40 إلى 50 درجة مئوية. في نهاية المطاف ، قبل حوالي 3 مليار سنة ، انهارت الدفيئة للتو ، ونظّر لوي وتيس ، وربما حدث التجلد الأرضي الأول قبل 2.9 مليار سنة.
الارتفاع بعد السقوط
هنا تكشف الصخور عن تطور غريب في القصة - التجديد النهائي للبيت الزجاجي. تذكر أنه قبل 3 مليارات سنة ، كانت الأرض في الأساس عالم مائي. لم يكن هناك أي نباتات أو حيوانات تؤثر على الغلاف الجوي. حتى الطحالب لم تتطور بعد. كانت الميكروبات الضوئية البدائية موجودة وقد لعبت دورًا في توليد الميثان والاستخدام الثانوي لثاني أكسيد الكربون.
وطالما استمر التجوية القارية السريعة ، تم ترسيب الكربونات على قشرة المحيطات وتم تحويلها إلى ما يسميه لوي "منشأة تخزين كبيرة ... أبقت معظم ثاني أكسيد الكربون خارج الغلاف الجوي."
ولكن مع إزالة ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي ودمجه في الصخور ، تباطأ الطقس - كان هناك حمض كربوني أقل لتآكل الجبال وأصبحت الجبال أقل. لكن البراكين كانت لا تزال تتدفق في الغلاف الجوي كميات كبيرة من الكربون من القشرة المحيطية المعاد تدويرها.
"لذا في النهاية يرتفع مستوى ثاني أكسيد الكربون مرة أخرى ،" يقول لوي. "قد لا تعود أبدًا إلى مستواها المجيد الكامل الذي يبلغ 70 درجة مئوية ، ولكن ربما صعدت لجعل الأرض دافئة مرة أخرى."
في هذا الصيف ، سيجمع لوي وتيس عينات تسمح لهما بتحديد درجة حرارة هذه الفترة الزمنية ، منذ حوالي 2.6 إلى 2.7 مليار سنة ، للحصول على فكرة أفضل عن مدى سخونة الأرض.
تشكلت قارات جديدة وتغلبت عليها ، وأخرجت ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي. منذ حوالي 3 مليارات سنة ، ربما تكونت 10 أو 15 بالمائة من المساحة الحالية للأرض في القشرة القارية. قبل 2.5 مليار سنة ، تشكلت كمية هائلة من القشرة القارية الجديدة - حوالي 50 إلى 60 في المائة من المساحة الحالية للقشرة القارية. خلال هذه الدورة الثانية ، تسبب التجوية على الكمية الأكبر من الصخور في حدوث تبريد أكبر في الغلاف الجوي ، مما أدى إلى تجلد عميق منذ حوالي 2.3 إلى 2.4 مليار سنة.
يقول لوي: خلال السنوات القليلة الماضية ، كنا نتأرجح ذهابًا وإيابًا بين العصور الجليدية والعصرية. نحن في فترة جليدية الآن. إنه انتقال - ولا يزال العلماء يحاولون فهم حجم التغير المناخي العالمي الذي تسبب فيه البشر في التاريخ الحديث مقارنة بالتغيرات التي تسببها العمليات الطبيعية على مر العصور.
وقال لوي: "نحن نزعج النظام بمعدلات تتجاوز إلى حد كبير تلك التي ميزت التغيرات المناخية في الماضي". "ومع ذلك ، فإن جميع التجارب تقريبًا ، وكل الاختلافات تقريبًا وجميع التغيرات المناخية التي نحاول فهمها اليوم قد حدثت من قبل. لقد قامت الطبيعة بمعظم هذه التجارب بالفعل. إذا تمكنا من تحليل المناخات القديمة والتراكيب الجوية والتفاعل بين القشرة والغلاف الجوي والحياة والمناخ في الماضي الجيولوجي ، فيمكننا اتخاذ بعض الخطوات الأولى لفهم ما يحدث اليوم ومن المحتمل أن يحدث غدًا ".
المصدر الأصلي: بيان صحفي ستانفورد
