Хотя солнечная радиация была относительно низкой, температура на молодой Земле была теплой. Международная группа ученых-геологов нашла важные доказательства того, что высокие уровни углекислого газа в атмосфере были ответственны за эти высокие температуры. С началом тектоники плит стало прохладнее, поскольку CO2 постепенно улавливался и накапливался на формирующихся континентах.
Очень высокий атмосферный CO2 могут объяснить высокие температуры на еще молодой Земле три-четыре миллиарда лет назад. В то время наше Солнце сияло лишь на 70–80 % своей нынешней интенсивности. Тем не менее климат на молодой Земле, по-видимому, был довольно теплым, потому что ледникового льда почти не было. Это явление известно как «парадокс молодого слабого Солнца». Без эффективного парникового газа молодая Земля превратилась бы в глыбу льда. Будь CO2, метан или совершенно другой парниковый газ, нагревший планету Земля, является предметом споров среди ученых.
Новое исследование доктора Даниэля Херварца из Кельнского университета, профессора доктора Андреаса Пака из Геттингенского университета и профессора доктора Торстена Нагеля из Орхусского университета (Дания) теперь предполагает, что высокий уровень CO2 уровни являются правдоподобным объяснением. Это также решило бы другую геонаучную проблему: температуры океана, которые, по-видимому, были слишком высокими. Теперь исследование появилось в Труды Национальной академии наук.
Часто обсуждаемый вопрос в науках о Земле касается температуры ранних океанов. Есть сведения, что они были очень горячими. Измерения изотопов кислорода на очень старых известняках или кремнистых породах, которые служат геотермометрами, указывают на температуру морской воды выше 70°С. Более низкие температуры были бы возможны только в том случае, если бы морская вода изменила свой изотопный состав кислорода. Однако это долгое время считалось маловероятным.
Модели из нового исследования показывают, что высокий уровень CO2 уровни в атмосфере могут дать объяснение, поскольку они также вызвали бы изменение состава океана. «Высокий уровень CO2 таким образом, можно было бы объяснить сразу два явления: во-первых, теплый климат на Земле, а во-вторых, почему геотермометры показывают горячую морскую воду. Принимая во внимание различное соотношение изотопов кислорода в морской воде, мы пришли бы к температурам, близким к 40°C», — сказал Даниэль Херварц из Кельнского университета.
Не исключено, что в атмосфере также было много метана. Но это никак не повлияло бы на состав океана. Таким образом, это не объясняет, почему кислородный геотермометр показывает слишком высокие температуры. «Оба явления можно объяснить только высоким уровнем CO.2— добавил Херварц. Авторы оценивают общее количество CO2 составил примерно один бар. Это было бы так, как если бы вся сегодняшняя атмосфера состояла из CO.2.
«Сегодня СО2 просто след газа в атмосфере. По сравнению с этим одна полоска звучит как абсурдно большая сумма. Однако, глядя на нашу сестринскую планету Venus с его примерно 90 бар CO2 позволяет взглянуть на вещи по-новому», — объяснил Андреас Пак из Геттингенского университета.
На Земле, CO2 в конечном итоге был удален из атмосферы и океана и сохранен в виде угля, нефти, газа и черных сланцев, а также в известняке. Эти резервуары углерода в основном расположены на континентах. Однако молодая Земля была в значительной степени покрыта океанами, а континентов почти не было, поэтому емкость для хранения углерода была ограничена.
«Это также объясняет огромное количество CO2 уровни молодой Земли с сегодняшней точки зрения. В конце концов, примерно три миллиарда лет назад тектоника плит и развитие массивов суши, в которых углерод мог храниться в течение длительного периода времени, только набирали скорость», — объяснил Торстен Нагель из Орхусская университет.
Для углеродного цикла начало тектоники плит изменило все. Большие массивы суши с горами обеспечивали более быстрое силикатное выветривание, которое превращало CO в2 в известняк. Кроме того, углерод оказался в ловушке в мантии Земли, когда океанические плиты были субдуцированы. Таким образом, тектоника плит вызвала выброс CO2 содержание атмосферы резко упадет. Повторяющиеся ледниковые периоды показывают, что на Земле стало значительно холоднее.
«Более ранние исследования уже указывали, что содержание известняка в древних базальтах указывает на резкое снижение содержания CO в атмосфере.2 уровни. Это хорошо согласуется с одновременным увеличением изотопов кислорода. Все указывает на то, что атмосферный CO2 содержание быстро уменьшилось после начала тектоники плит», — заключил Дэниел Херварц. Однако в данном контексте «быстро» означает несколько сотен миллионов лет.
Ссылка: «СО2 Теплица эффективно согрела раннюю Землю и уменьшила количество морской воды 18O/16О, до начала тектоники плит», Дэниел Херварц, Андреас Пак и Торстен Дж. Нагель, 1 июня 2021 г., Труды Национальной академии наук.
DOI: 10.1073 / pnas.2023617118
