Kredit gambar: Stanford
Sekiranya mesin masa dapat membawa kita kembali 4.6 bilion tahun sebelum kelahiran Bumi, kita akan melihat matahari kita bersinar 20 hingga 25 peratus kurang terang daripada hari ini. Tanpa rumah hijau di bumi untuk menangkap tenaga matahari dan menghangatkan atmosfer, dunia kita akan menjadi bola es yang berputar. Hidup mungkin tidak pernah berkembang.
Tetapi kehidupan berkembang, jadi gas rumah hijau pasti ada untuk menghangatkan Bumi. Bukti dari catatan geologi menunjukkan banyaknya karbon dioksida gas rumah hijau. Metana mungkin juga hadir, tetapi gas rumah hijau itu tidak meninggalkan jejak geologi yang cukup untuk dikesan dengan pasti. Oksigen molekul tidak ada, menunjukkan batuan dari zaman itu, yang mengandungi besi karbonat dan bukan besi oksida. Jejak batu dari aliran yang mengalir, lautan cair dan mineral yang terbentuk dari penyejatan mengesahkan bahawa 3 bilion tahun yang lalu, Bumi cukup hangat untuk air cair.
Sekarang, catatan geologi yang terungkap di beberapa batu tertua di Bumi menceritakan kisah kejatuhan rumah hijau itu - dan penjanaan semula berikutnya. Tetapi lebih mengejutkan, kata para saintis Stanford yang melaporkan penemuan ini dalam jurnal Geology terbitan 25 Mei, adalah peranan penting yang dimainkan dalam evolusi atmosfera awal.
"Ini adalah pertama kalinya kami berusaha mengumpulkan gambaran bagaimana suasana awal, iklim awal dan evolusi benua awal berjalan seiring," kata Donald R. Lowe, seorang profesor sains geologi dan alam sekitar yang menulis kertas dengan Michael M. Tice, seorang pelajar siswazah yang menyiasat kehidupan awal. Program Exobiologi NASA membiayai kerja mereka. "Pada masa lalu geologi, iklim dan atmosfer sangat dipengaruhi oleh pembangunan benua."
Rekod di batu
Untuk mengumpulkan petunjuk geologi tentang bagaimana suasana awal dan bagaimana ia berkembang, Lowe, seorang ahli geologi lapangan, telah menghabiskan hampir setiap musim panas sejak 1977 di Afrika Selatan atau Australia Barat untuk mengumpulkan batu-batu yang, secara harfiah, lebih tua dari bukit. Beberapa batu tertua di Bumi, mereka berusia sekitar 3.2 hingga 3.5 bilion tahun.
"Semakin jauh Anda pergi, secara umum, semakin sukar untuk menemukan catatan yang setia, batu yang belum dipintal dan diperah dan dimetamorfosis dan diubah," kata Lowe. "Kami melihat kembali sejauh catatan sedimen."
Setelah mengukur dan memetakan batu, Lowe membawa sampel kembali ke Stanford untuk dipotong menjadi beberapa bahagian sehingga nipis sehingga ciri-cirinya dapat didedahkan di bawah mikroskop. Kolaborator mengambil bahagian dalam analisis geokimia dan isotop dan pemodelan komputer yang mendedahkan sejarah batuan.
Rekod geologi menceritakan sebuah kisah di mana benua mengeluarkan karbon dioksida gas rumah hijau dari atmosfera awal yang mungkin panas seperti 70 darjah Celsius (158 F). Pada masa ini Bumi kebanyakannya lautan. Terlalu panas untuk mempunyai penutup ais kutub. Lowe membuat hipotesis bahawa hujan digabungkan dengan karbon dioksida atmosfera untuk menghasilkan asid karbonik, yang melintasi gunung-ganang dari kerak benua yang baru terbentuk. Asid karbonik dipisahkan untuk membentuk ion hidrogen, yang masuk ke dalam struktur mineral luluhawa, dan bikarbonat, yang dibawa ke sungai dan sungai untuk disimpan sebagai batu kapur dan mineral lain di sedimen lautan.
Seiring berjalannya waktu, kepingan besar kerak lautan diturunkan, atau diturunkan, ke dalam mantel Bumi. Karbon yang terkunci ke dalam kerak bumi pada dasarnya hilang, diikat selama 60 juta tahun atau lebih sehingga diperlukan mineral untuk dikitar semula kembali ke permukaan atau dikeluarkan melalui gunung berapi.
Suasana awal yang panas mungkin mengandungi metana juga, kata Lowe. Ketika kadar karbon dioksida turun akibat cuaca, pada suatu ketika, tahap karbon dioksida dan metana menjadi hampir sama, ia menduga. Ini menyebabkan metana menjadi aerosolisasi menjadi zarah halus, mewujudkan jerebu yang serupa dengan yang sekarang ada di atmosfer Titan bulan Saturnus. "Kesan Titan" ini terjadi di Bumi 2,7 hingga 2,8 miliar tahun yang lalu.
Kesan Titan mengeluarkan metana dari atmosfera dan jerebu menyaring cahaya; kedua-duanya menyebabkan penyejukan lebih jauh, mungkin penurunan suhu 40 hingga 50 darjah Celsius. Akhirnya, kira-kira 3 miliar tahun yang lalu, rumah hijau baru saja runtuh, teori Lowe dan Tice, dan glasiasi pertama Bumi mungkin telah berlaku 2.9 bilion tahun yang lalu.
Kenaikan selepas kejatuhan
Di sini batu-batu itu memperlihatkan sentuhan aneh dalam cerita - akhirnya pertumbuhan semula rumah hijau. Ingatlah bahawa 3 bilion tahun yang lalu, Bumi pada dasarnya adalah Waterworld. Tidak ada tumbuhan atau haiwan yang mempengaruhi atmosfera. Bahkan alga belum berkembang. Mikroba fotosintetik primitif ada dan mungkin berperanan dalam penghasilan metana dan penggunaan karbon dioksida yang kecil.
Selagi luluhawa benua pesat berlanjutan, karbonat disimpan di kerak lautan dan diturunkan ke dalam apa yang disebut Lowe sebagai "kemudahan simpanan besar ... yang menjadikan sebahagian besar karbon dioksida keluar dari atmosfera."
Tetapi ketika karbon dioksida dikeluarkan dari atmosfer dan dimasukkan ke dalam batu, cuaca semakin perlahan - kurang asid karbonik untuk mengikis gunung dan gunung menjadi semakin rendah. Tetapi gunung berapi masih memuntahkan atmosfer sejumlah besar karbon dari kerak lautan yang dikitar semula.
"Jadi akhirnya tahap karbon dioksida naik lagi," kata Lowe. "Ia mungkin tidak pernah kembali ke tahap 70 darjah selsius yang mulia, tetapi mungkin naik untuk menjadikan Bumi kembali panas."
Musim panas ini, Lowe dan Tice akan mengumpulkan sampel yang akan membolehkan mereka menentukan suhu selang waktu ini, kira-kira 2.6 hingga 2.7 bilion tahun yang lalu, untuk mendapatkan idea yang lebih baik tentang bagaimana panas bumi.
Benua baru terbentuk dan diluluhawa, sekali lagi mengeluarkan karbon dioksida dari atmosfera. Kira-kira 3 bilion tahun yang lalu, mungkin 10 atau 15 peratus kawasan bumi di kerak benua telah terbentuk. Pada 2.5 bilion tahun yang lalu, sejumlah besar kerak benua baru telah terbentuk - sekitar 50 hingga 60 peratus kawasan kerak benua sekarang. Semasa kitaran kedua ini, pelapukan batuan yang lebih besar menyebabkan penyejukan atmosfera yang lebih besar, memacu glasiasi mendalam sekitar 2,3 hingga 2,4 bilion tahun yang lalu.
Sejak beberapa juta tahun kebelakangan ini, kita telah bergerak berulang-alik antara zaman glasial dan interglasial, kata Lowe. Kami berada dalam tempoh antara kaum sekarang. Ini adalah peralihan - dan saintis masih berusaha memahami besarnya perubahan iklim global yang disebabkan oleh manusia dalam sejarah baru-baru ini berbanding dengan yang disebabkan oleh proses semula jadi selama berabad-abad.
"Kami mengganggu sistem pada kadar yang jauh melebihi yang telah mencirikan perubahan iklim pada masa lalu," kata Lowe. "Walaupun begitu, hampir semua eksperimen, hampir semua variasi dan semua perubahan iklim yang ingin kita fahami hari ini telah terjadi sebelumnya. Alam telah melakukan kebanyakan eksperimen ini. Sekiranya kita dapat menganalisis iklim kuno, komposisi atmosfera dan interaksi antara kerak bumi, atmosfer, kehidupan dan iklim di masa lalu geologi, kita dapat mengambil beberapa langkah pertama untuk memahami apa yang terjadi hari ini dan kemungkinan akan terjadi esok. "
Sumber Asal: Siaran Berita Stanford
