Хоча сонячна радіація була відносно низькою, температура на молодій Землі була високою. Міжнародна група вчених-геологів знайшла важливі докази того, що високий рівень вуглекислого газу в атмосфері відповідальний за ці високі температури. З початком тектоніки плит стало холодніше, оскільки CO2 поступово вловлювався та зберігався на нових континентах.
Дуже високий атмосферний CO2 рівні можуть пояснити високі температури на ще молодій Землі три-чотири мільярди років тому. У той час наше Сонце світило лише з 70-80 відсотками нинішньої інтенсивності. Проте клімат на молодій Землі, мабуть, був досить теплим, оскільки льодовикового льоду майже не було. Це явище відоме як «парадокс молодого слабкого Сонця». Без ефективного парникового газу молода Земля замерзла б у грудку льоду. Чи CO2, метан чи зовсім інший парниковий газ, що нагріває планету Земля, є предметом суперечок серед вчених.
Нове дослідження доктора Даніеля Герварца з Кельнського університету, професора Андреаса Пака з Геттінгенського університету та професора Торстена Нагеля з Орхуського університету (Данія) тепер показує, що високий CO2 рівні є правдоподібним поясненням. Це також вирішило б іншу геонаукову проблему: температури океану, які, очевидно, були занадто високими. Дослідження тепер з'явилося в Праці Національної академії наук.
Питання, яке часто обговорюється в науці про Землю, стосується температур ранніх океанів. Є свідчення, що вони були дуже гарячими. Вимірювання ізотопів кисню на дуже старих вапнякових або кремнеземистих породах, які служать геотермометрами, вказують на температуру морської води вище 70°C. Зниження температури було б можливим лише в тому випадку, якщо б морська вода змінила свій ізотопний склад кисню. Однак довго це вважалося малоймовірним.
Моделі з нового дослідження показують, що високий CO2 рівні в атмосфері можуть дати пояснення, оскільки вони також спричинили б зміну складу океану. «Високий CO2 Таким чином, пояснили б два явища одночасно: по-перше, теплий клімат на Землі, а по-друге, чому геотермометри, здається, показують гарячу морську воду. Беручи до уваги різне співвідношення ізотопів кисню в морській воді, ми досягнемо температур, ближчих до 40°C», — сказав Даніель Герварц з Кельнського університету.
Можна припустити, що в атмосфері також було багато метану. Але це ніяк не вплинуло на склад океану. Таким чином, це не пояснює, чому кисневий геотермометр показує занадто високі температури. «Обидва явища можна пояснити лише високим рівнем CO2”, – додав Герварц. Автори оцінюють загальну кількість CO2 склав приблизно один бар. Це було б так, ніби вся сучасна атмосфера складається з CO2.
«Сьогодні CO2 це лише сліди газу в атмосфері. Порівняно з цим один бар звучить як абсурдно велика сума. Однак дивлячись на нашу сестринську планету Венера з приблизно 90 бар CO2 ставить речі в перспективу», – пояснив Андреас Пак з Геттінгенського університету.
На Землі, CO2 зрештою було видалено з атмосфери та океану та зберігається у вигляді вугілля, нафти, газу та чорних сланців, а також у вапняку. Ці резервуари вуглецю в основному розташовані на континентах. Однак молода Земля була здебільшого покрита океанами, а континентів майже не було, тому ємність для зберігання вуглецю була обмеженою.
«Це також пояснює величезний CO2 рівні молодої Землі з сьогоднішньої перспективи. Зрештою, приблизно три мільярди років тому тектоніка плит і розвиток масивів суші, в яких можна було зберігати вуглець протягом тривалого періоду часу, тільки набирали обертів», – пояснив Торстен Нагель з Орхуський університет.
Що стосується циклу вуглецю, початок тектоніки плит все змінив. Великі масиви суші з горами забезпечували швидше вивітрювання силікату, що перетворювало CO2 у вапняк. Крім того, вуглець потрапив у пастку в мантії Землі, оскільки океанічні плити були субдуковані. Таким чином, тектоніка плит спричинила CO2 вміст атмосфери різко впаде. Повторні льодовикові періоди показують, що на Землі стало значно холодніше.
«Попередні дослідження вже показали, що вміст вапняку в древніх базальтах вказує на різке падіння атмосферного CO2 рівнях. Це добре узгоджується з одночасним збільшенням ізотопів кисню. Все вказує на те, що атмосферний CO2 вміст швидко зменшився після початку тектоніки плит», – підсумував Даніель Герварц. Однак у цьому контексті термін «швидко» стосується кількох сотень мільйонів років.
Довідка: «КО2 парник ефективно зігрівав ранню Землю та зменшував кількість морської води 18O/16О до початку тектоніки плит» Деніела Герварца, Андреаса Пака та Торстена Дж. Нагеля, 1 червня 2021 р., Праці Національної академії наук.
DOI: 10.1073 / pnas.2023617118
