Paradoks van die jong swak son: uiterste CO2-kweekhuiseffek het die jong aarde verhit

Alhoewel sonbestraling relatief laag was, was die temperatuur op die jong Aarde warm. ’n Internasionale span geowetenskaplikes het belangrike leidrade gevind dat hoë vlakke van koolstofdioksied in die atmosfeer verantwoordelik was vir hierdie hoë temperature. Dit het net koeler geword met die begin van plaattektoniek, aangesien die CO2 geleidelik op die ontluikende vastelande opgevang en gestoor is.

Baie hoë atmosferiese CO₂ vlakke kan die hoë temperature op die nog jong Aarde drie tot vier miljard jaar gelede verklaar. Ons Son het destyds geskyn met slegs 70 tot 80 persent van sy huidige intensiteit. Nietemin was die klimaat op die jong Aarde blykbaar redelik warm omdat daar skaars gletsys was. Hierdie verskynsel staan ​​bekend as die 'paradoks van die jong swak Son.' Sonder 'n effektiewe kweekhuisgas sou die jong aarde in 'n ysklont gevries het. Of CO₂, metaan, of 'n heeltemal ander kweekhuisgas verhit planeet Aarde is 'n kwessie van debat onder wetenskaplikes.

Nuwe navorsing deur dr. Daniel Herwartz van die Universiteit van Keulen, professor dr. Andreas Pack van die Universiteit van Göttingen, en professor dr. Thorsten Nagel van die Universiteit van Aarhus (Denemarke) dui nou daarop dat hoë CO₂ vlakke is 'n geloofwaardige verduideliking. Dit sou ook 'n ander geowetenskaplike probleem oplos: oseaantemperature wat blykbaar te hoog was. Die studie het nou in die verskyn Verrigtinge van die Nasionale Akademie van Wetenskappe.

’n Veelbesproke vraag in aardwetenskap het betrekking op die temperature van die vroeë oseane. Daar is bewyse dat hulle baie warm was. Metings van suurstofisotope op baie ou kalksteen- of silisiumgesteentes, wat as geotermometers dien, dui seewatertemperature bo 70°C aan. Laer temperature sou slegs moontlik gewees het as die seewater sy suurstofisotoopsamestelling verander het. Dit is egter lank as onwaarskynlik beskou.

Modelle van die nuwe studie toon dat hoë CO₂ vlakke in die atmosfeer kan 'n verklaring verskaf, aangesien dit ook 'n verandering in die oseaan se samestelling sou veroorsaak het. “Hoë CO₂ vlakke sou dus twee verskynsels gelyktydig verklaar: eerstens die warm klimaat op Aarde, en tweedens waarom geotermometers blykbaar warm seewater wys. As ons die verskillende suurstofisotoopverhoudings van seewater in ag neem, sou ons by temperature nader aan 40°C uitkom,” het Daniel Herwartz van die Universiteit van Keulen gesê.

Dit is denkbaar dat daar ook baie metaan in die atmosfeer was. Maar dit sou geen effek op die samestelling van die see gehad het nie. Dit sal dus nie verduidelik hoekom die suurstofgeotermometer temperature aandui wat te hoog is nie. “Albei verskynsels kan slegs verklaar word deur hoë vlakke van CO₂,” het Herwartz bygevoeg. Die skrywers skat die totale hoeveelheid CO₂ om altesaam ongeveer een maat te beloop. Dit sou wees asof vandag se hele atmosfeer uit CO bestaan₂.

“Vandag het CO₂ is net 'n spoorgas in die atmosfeer. In vergelyking daarmee klink een maat na 'n absurde groot bedrag. Kyk egter na ons susterplaneet Venus met sy ongeveer 90 bar CO₂ plaas dinge in perspektief,” het Andreas Pack van die Universiteit van Göttingen verduidelik.

Op aarde, CO₂ is uiteindelik uit die atmosfeer en die see verwyder en in die vorm van steenkool, olie, gas en swart skalies sowel as in kalksteen gestoor. Hierdie koolstofreservoirs is hoofsaaklik op die vastelande geleë. Die jong aarde was egter grootliks deur oseane bedek en daar was skaars vastelande, dus was die bergingskapasiteit vir koolstof beperk.

“Dit verklaar ook die enorme CO₂ vlakke van die jong aarde vanuit vandag se perspektief. Sowat drie biljoen jaar gelede het plaattektoniek en die ontwikkeling van landmassas waarin koolstof oor ’n lang tydperk gestoor kon word immers net spoed opgetel,” verduidelik Thorsten Nagel van Aarhus Universiteit.

Vir die koolstofsiklus het die aanvang van plaattektoniek alles verander. Groot landmassas met berge het vinniger silikaatverwering verskaf, wat CO omgesit het₂ in kalksteen. Daarbenewens het koolstof effektief in die Aarde se mantel vasgevang soos oseaniese plate onderdruk is. Plaattektoniek het dus die CO veroorsaak₂ inhoud van die atmosfeer skerp daal. Herhaalde ystydperke toon dat dit aansienlik kouer op Aarde geword het.

“Vroeër studies het reeds aangedui dat die kalksteeninhoud in antieke basalte dui op 'n skerp daling in atmosferiese CO₂ vlakke. Dit pas goed by 'n toename in suurstofisotope terselfdertyd. Alles dui daarop dat die atmosferiese CO₂ inhoud het vinnig afgeneem ná die aanvang van plaattektoniek,” het Daniel Herwartz afgesluit. In hierdie konteks verwys 'vinnig' egter na 'n paar honderd miljoen jaar.

Verwysing: “A CO₂ kweekhuis het die vroeë Aarde doeltreffend verhit en seewater verminder ¹⁸O/¹⁶O voor die begin van plaattektoniek” deur Daniel Herwartz, Andreas Pack en Thorsten J. Nagel, 1 Junie 2021, Verrigtinge van die Nasionale Akademie van Wetenskappe.
DOI: 10.1073 / pnas.2023617118