เครดิตภาพ: Stanford
หากเครื่องย้อนเวลาสามารถพาเราย้อนเวลาไปถึงการเกิดของโลกได้ 4.6 พันล้านปีเราจะเห็นว่าดวงอาทิตย์ของเราส่องสว่างน้อยกว่าวันนี้ 20 ถึง 25 เปอร์เซ็นต์ หากไม่มีเรือนกระจกของโลกเพื่อดักจับพลังงานของดวงอาทิตย์และทำให้โลกอบอุ่นขึ้นโลกของเราจะเป็นลูกบอลน้ำแข็งหมุนรอบตัว ชีวิตอาจไม่เคยมีการพัฒนา
แต่ชีวิตมีวิวัฒนาการไปดังนั้นก๊าซเรือนกระจกจึงต้องอยู่รอบ ๆ เพื่อทำให้โลกอบอุ่น หลักฐานจากบันทึกทางธรณีวิทยาบ่งชี้ว่ามีก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ในเรือนกระจกจำนวนมาก มีเทนอาจมีอยู่ด้วยเช่นกัน แต่ก๊าซเรือนกระจกไม่ปล่อยให้มีรอยเท้าทางธรณีวิทยาเพียงพอที่จะตรวจจับได้อย่างแน่นอน ออกซิเจนรอบโมเลกุลไม่ได้บ่งบอกถึงหินในยุคนั้นซึ่งมีธาตุเหล็กคาร์บอเนตแทนที่จะเป็นเหล็กออกไซด์ ลายนิ้วมือหินของลำธารไหลมหาสมุทรเหลวและแร่ธาตุที่เกิดจากการระเหยยืนยันว่า 3 พันล้านปีก่อนโลกอุ่นพอสำหรับน้ำของเหลว
ขณะนี้บันทึกทางธรณีวิทยาที่เปิดเผยในหินที่เก่าแก่ที่สุดของโลกกำลังบอกเล่าเรื่องราวที่น่าประหลาดใจของการล่มสลายของเรือนกระจกนั้น - และการฟื้นฟูที่ตามมา แต่น่าประหลาดใจยิ่งกว่านั้นนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ดที่รายงานการค้นพบนี้ในวารสารธรณีวิทยา 25 พฤษภาคมเป็นบทบาทที่สำคัญที่หินมีบทบาทสำคัญในวิวัฒนาการของบรรยากาศตอนต้น
“ นี่เป็นครั้งแรกที่เราพยายามที่จะรวบรวมภาพว่าบรรยากาศในช่วงต้นสภาพอากาศในช่วงต้นและวิวัฒนาการของทวีปยุโรปในยุคต้น ๆ ได้ไปด้วยกันอย่างไร” โดนัลด์อาร์โลวศาสตราจารย์ด้านธรณีวิทยาและวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อมกล่าว กระดาษกับ Michael M. Tice นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาเพื่อตรวจสอบชีวิตในวัยเด็ก โปรแกรม Exobiology ของ NASA ให้เงินสนับสนุนงานของพวกเขา “ ในอดีตทางธรณีวิทยาสภาพภูมิอากาศและบรรยากาศได้รับอิทธิพลอย่างลึกซึ้งจากการพัฒนาของทวีป”
บันทึกในหิน
ในการรวมเอาร่องรอยทางธรณีวิทยาเกี่ยวกับสิ่งที่บรรยากาศต้นเป็นอย่างไรและวิวัฒนาการมาอย่างไร Lowe นักธรณีวิทยาภาคสนามได้ใช้เวลาเกือบทุกฤดูร้อนมาตั้งแต่ปี 1977 ในแอฟริกาใต้หรือออสเตรเลียตะวันตกซึ่งรวบรวมหินที่มีอายุมากกว่าภูเขา หินที่เก่าแก่ที่สุดของโลกบางแห่งมีอายุประมาณ 3.2 ถึง 3.5 พันล้านปี
“ ยิ่งคุณย้อนกลับไปโดยทั่วไปยิ่งยากที่จะหาบันทึกที่ซื่อสัตย์หินที่ยังไม่ได้ถูกบิดและถูกบีบและเปลี่ยนรูปและเปลี่ยนแปลงเป็นอย่างอื่น” โลว์กล่าว “ เรามองย้อนกลับไปถึงระยะเวลาที่บันทึกตะกอน”
หลังจากทำการวัดและทำแผนที่ก้อนหินโลว์ได้นำตัวอย่างกลับไปที่สแตนฟอร์ดเพื่อตัดเป็นส่วน ๆ เพื่อให้มีคุณสมบัติบางอย่างที่สามารถเปิดเผยได้ภายใต้กล้องจุลทรรศน์ ผู้ทำงานร่วมกันมีส่วนร่วมในการวิเคราะห์ธรณีเคมีและไอโซโทปและการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ที่เปิดเผยประวัติของหิน
บันทึกทางธรณีวิทยาบอกเล่าเรื่องราวที่ทวีปนำก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เรือนกระจกออกจากบรรยากาศตอนต้นซึ่งอาจร้อนจัดเท่ากับ 70 องศาเซลเซียส (158 F) ในเวลานี้โลกส่วนใหญ่เป็นมหาสมุทร มันร้อนเกินไปที่จะมีแคปน้ำแข็งขั้วโลก โลว์ตั้งสมมติฐานว่ามีฝนตกรวมกับคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศเพื่อสร้างกรดคาร์บอนิกซึ่งทำให้ภูเขาที่ยื่นออกไปของเปลือกโลกที่เพิ่งก่อตัวขึ้นใหม่ กรดคาร์บอนิกจะแยกตัวออกมาเพื่อสร้างไอออนของไฮโดรเจนซึ่งพบทางเข้าไปในโครงสร้างของแร่ธาตุที่ผุกร่อนและไบคาร์บอเนตซึ่งถูกพาไปตามแม่น้ำและลำธารเพื่อนำไปฝากเป็นหินปูน
เมื่อเวลาผ่านไปแผ่นเปลือกโลกขนาดใหญ่ของมหาสมุทรถูกดึงลงหรือถูก subducted ลงในเสื้อคลุมของโลก คาร์บอนที่ถูกขังอยู่ในเปลือกโลกนั้นสูญเสียไปเป็นหลักผูกติดอยู่กับ 60 ล้านปีหรือมากกว่านั้นเพื่อที่จะเอาแร่ธาตุเพื่อนำกลับมาใช้ใหม่บนพื้นผิวหรือถูกปล่อยออกมาผ่านภูเขาไฟ
บรรยากาศตอนแรกที่ร้อนอาจมีมีเธนด้วยเช่นกันโลว์พูด ในขณะที่ระดับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ลดลงเนื่องจากสภาพอากาศในบางจุดระดับของก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์และมีเทนก็มีค่าเท่ากันเขาคาดการณ์ สิ่งนี้ทำให้มีเธนทำให้ละอองลอยเป็นอนุภาคเล็ก ๆ ทำให้เกิดหมอกควันคล้ายกับสิ่งที่มีอยู่ในบรรยากาศของดวงจันทร์ไททันของดาวเสาร์ “ ไททันเอฟเฟ็กต์” นี้เกิดขึ้นบนโลก 2.7 ถึง 2.8 พันล้านปีก่อน
ไททันเอฟเฟ็กต์กำจัดมีเธนออกจากบรรยากาศและหมอกควันถูกกรองแสง; ทั้งคู่ทำให้เกิดการระบายความร้อนเพิ่มเติมอาจจะมีอุณหภูมิลดลง 40 ถึง 50 องศาเซลเซียส ในที่สุดเมื่อประมาณ 3 พันล้านปีก่อนเรือนกระจกเพิ่งถล่มทว่าทฤษฎีโลว์และทiceและการเยือกเย็นครั้งแรกของโลกอาจเกิดขึ้นเมื่อ 2.9 พันล้านปีก่อน
เพิ่มขึ้นหลังจากการล่มสลาย
ที่นี่หินเผยให้เห็นถึงการบิดแปลกในเรื่อง - การฟื้นฟูเรือนกระจกในที่สุด จำได้ว่าเมื่อ 3 พันล้านปีก่อนโลกโดยพื้นฐานแล้วเป็นน้ำ ไม่มีพืชหรือสัตว์ใดที่ส่งผลกระทบต่อบรรยากาศ แม้แต่สาหร่ายยังไม่พัฒนา จุลินทรีย์สังเคราะห์แสงดั้งเดิมอยู่รอบ ๆ และอาจมีบทบาทในการสร้างมีเทนและการใช้คาร์บอนไดออกไซด์เล็กน้อย
ตราบใดที่สภาพอากาศที่ยังคงมีอยู่ทวีปต่อเนื่องคาร์บอเนตก็ถูกสะสมอยู่ในเปลือกโลกและถูกเรียกเข้าสู่สิ่งที่ Lowe เรียกว่าเป็น“ โกดังเก็บของขนาดใหญ่…ที่เก็บคาร์บอนไดออกไซด์ส่วนใหญ่ออกจากบรรยากาศ”
แต่เมื่อก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ถูกกำจัดออกจากชั้นบรรยากาศและรวมตัวกันเป็นก้อนหินสภาพอากาศก็ชะลอตัวลง - มีกรดคาร์บอนิกน้อยกว่าที่จะกัดเซาะภูเขาและภูเขาก็เริ่มลดลง แต่ภูเขาไฟยังคงปะทุขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศจำนวนมากของคาร์บอนจากเปลือกโลกมหาสมุทรรีไซเคิล
“ ดังนั้นในที่สุดระดับก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ก็เพิ่มขึ้นอีกครั้ง” โลว์กล่าว “ มันไม่อาจกลับไปสู่ระดับ 70 องศาเซนติเกรดที่เต็มไปด้วยความรุ่งโรจน์ แต่มันอาจปีนขึ้นไปทำให้โลกอบอุ่นอีกครั้ง”
ฤดูร้อนนี้ Lowe และ Tice จะรวบรวมตัวอย่างที่จะช่วยให้พวกเขาสามารถกำหนดอุณหภูมิของช่วงเวลานี้ได้ประมาณ 2.6 ถึง 2.7 พันล้านปีก่อนเพื่อให้ได้แนวคิดที่ดีขึ้นว่าโลกร้อนมาถึงอย่างไร
ทวีปใหม่ก่อตัวและผุกร่อนเอาคาร์บอนไดออกไซด์ออกมาจากชั้นบรรยากาศอีกครั้ง ประมาณ 3 พันล้านปีก่อนบางที 10 หรือ 15 เปอร์เซ็นต์ของพื้นที่ปัจจุบันของโลกในเปลือกโลกทวีปเกิดขึ้น เมื่อ 2.5 พันล้านปีก่อนเปลือกโลกแบบใหม่จำนวนมหาศาลก่อตัวขึ้น - ประมาณ 50 ถึง 60 เปอร์เซ็นต์ของพื้นที่เปลือกโลกในปัจจุบัน ในช่วงรอบที่สองนี้การผุกร่อนของหินในปริมาณที่มากขึ้นทำให้เกิดความเย็นในชั้นบรรยากาศยิ่งขึ้นทำให้เกิดความเยือกเย็นอย่างลึกซึ้งประมาณ 2.3 ถึง 2.4 พันล้านปีก่อน
ในช่วงไม่กี่ล้านปีที่ผ่านมาเรามีการแกว่งไปมาระหว่างยุคน้ำแข็งและยุคน้ำแข็ง ตอนนี้เราอยู่ในช่วง interglacial เป็นการเปลี่ยนแปลง - และนักวิทยาศาสตร์ยังคงพยายามที่จะเข้าใจขนาดของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโลกที่เกิดจากมนุษย์ในประวัติศาสตร์ที่ผ่านมาเมื่อเทียบกับที่เกิดจากกระบวนการทางธรรมชาติในช่วงอายุ
“ เรากำลังรบกวนระบบในอัตราที่สูงกว่าระบบที่มีการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในอดีตอย่างมาก” โลว์กล่าว “ อย่างไรก็ตามการทดลองทั้งหมดแทบทุกรูปแบบและการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศทั้งหมดที่เราพยายามเข้าใจวันนี้เกิดขึ้นก่อนหน้านี้ ธรรมชาติได้ทำการทดลองส่วนใหญ่แล้ว หากเราสามารถวิเคราะห์ภูมิอากาศโบราณองค์ประกอบของบรรยากาศและการมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันระหว่างเปลือกโลกบรรยากาศชีวิตและภูมิอากาศในอดีตของธรณีวิทยาเราสามารถทำตามขั้นตอนแรกเพื่อทำความเข้าใจว่าเกิดอะไรขึ้นในวันนี้และจะเกิดขึ้นในวันพรุ่งนี้”
แหล่งต้นฉบับ: ข่าวสแตนฟอร์ด
