Ledena prošlost (i budućnost?) Zemlje

Prije 717 milijuna godina započela je Sturtijska glacijacija koja je uskoro obuhvatila cijeli planet. Zemlju je prekrila globalna ledena kora i samo je uzak pojas uz ekvatore imao oceane bez ledenog pokrova.

Barnesova ledena kapa pokriva područje veličine Delawarea. © Ljubaznošću: NASA
Članak
0Komentari
Broj otvaranja1807

Prije 717 milijuna godina započela je Sturtijska glacijacija koja je uskoro obuhvatila cijeli planet. Zemlju je prekrila globalna ledena kora i samo je uzak pojas uz ekvatore imao oceane bez ledenog pokrova, iako se i to spori. Sturtijska glacijacija osim što je bila globalna trajala je veoma dugo, čak 60 milijuna godina. Zajedno s kasnijom Marinoanskom glacijacijom ona definira geološki period Kriogenij, poznat još kolokvijalno kao "Snowball Earth".

Prosječna temperatura planeta tada je bila 9°C nižih od današnje, što znači kako bi Zagreb u tim uvjetima imao klimu sličnu kakvu danas ima Murmansk na sjeveru Rusije i nalazio bio se ispod nekoliko kilometara leda. Kako su tragovi katastrofe sveprisutni u geološkim zapisima, postavlja se pitanje što ju je uzrokovalo?


U doba Kriogenija Zemlja je bila prekrivena globalnom ledenom kapom, nalik onoj kakvu nalazimo
danasna Antarktiku. © Ljubaznošću: Stephen Hudson, preuzeto s commons.wikipedia.org
Tim pitanjem se pozabavio tim istraživača sa Sveučilišta Harvard. Oni su primijetili kako je otprilike u isto vrijeme, prije 717 milijuna godina, prostor od današnje Aljaske do Grenlanda uništila velika vulkanska erupcija. Profesori Francis Macdonald i Robin Wordsworth misle kako isto vrijeme početka glacijacije i vulkanske kataklizme nisu slučajnost. Poznato je kako vulkani mogu mijenjati okoliš i klimu, a oni su odlučili odgonetnuti mehanizam koji iza toga stoji.

Bazaltne stijene su bile prvi krivac. Raspadanje tih stijena na magnezij i kalcij, mogli su dovesti do upijanja ugljičnog dioksida iz atmosfere i tako uzrokovati hlađenje planeta. Problem je što bi se hlađenje dogodilo u dugom periodu, a vulkanska erupcija i početak glacijacije su se dogodili u veoma kratkom slijedu. Ako nije upijanje ugljičnog dioksida, onda su možda aerosoli krivci? Macdonald se obratio kolegi Wordsworthu kako bi mu pomogao oko tog problema.

Raspored kontinenata prije 750 milijuna godina bio je znatno drugačiji nego danas. Grenland, Kanada i Skandinavija
tada su bili dio kontinenta Rodinija koji se pružao uz ekvator. © Ljubaznošću: Geological Society of London
Zaključak je kako aerosoli mogu dovesti do smrzavanja planeta, ali pod pravim okolnostima. Vulkanske erupcije velikih razmjera događaju se redovito ali ih ne prate uvijek glacijacije. Što je bilo toliko posebno kod erupcije prije 717 milijuna godina?

Čini se kako su vulkani u to doba eruptirali kroz slojeve tla bogate sumporom, što je dovelo do izbacivanja velikih količina sumpornog dioksida u atmosferu. Ali izbacivanje sumpornog dioksida nije samo po sebi dovoljno. Ako on prilikom izbacivanja ne postigne visinu veću od one na kojoj je tropopauza, tj. ne uđe u stratosferu, padaline će vrlo brzo smanjiti količine tog plina te će na kraju njegov efekt na hlađenje biti blag i kratkotrajan. Kada Zemlja ima toplije periode, tropopauza je na većoj visini, ali u hladnijima se ona spušta.

To je i objašnjenje zašto svaka kolosalna erupcija vulkana, poput nastanka Dekana (prije 65 milijuna godina) ili sibirskih Trapa (prije 250 milijuna godina) ne mora uzrokovati ledeno doba. Početak Kriogenija nisu krasile visoke temperature tako da je tada tropopauza bila na manjoj visini.

Osim što je tropopauza bila na manjoj visini, današnja Aljaska i Grenland su se nalazili uz ekvator. Izbacivanje velikih količina sumpornog dioksida, visoko reflektivnog plina (pogledajmo samo Veneru) u stratosferu iznad ekvatora, gdje planet prima najviše energije od Sunca, dovelo je do naglog i izraženog zahlađenja. Osim lokacija erupcija, veoma bitan faktor je što su one trajale izvjestan period, možda i nekoliko desetljeća, što je dovoljno da stratosferu napuni s dovoljno visokim koncentracijama sumpornog dioksida za nastanak ledenog doba.

Veliki dio današnjeg Sibira prije 250 milijuna godina je bio velika vulkanska provincija. Vjeruje se kako su kolosalne
erupcije na prostoru četiri puta većim od Francuske izbacile do 8 milijuna kilometara kubnih lave i tako doprinijele
najtemeljitijem velikom izumiranju na granici Perma i Trijasa, kada je nestalo 80% svih vrsta.
Preuzeto s www.reddit.com, nepoznat autor.
Aerosoli iz vulkanskih erupcija ne moraju ohladili cijeli planet, dovoljno je da samo potaknu nastanak pozitivne veze za širenje ledenog pokrivača. Ledeni pokrivač odbija velike količine energije natrag u Svemir, čak do 90%, što dovodi do daljnjeg hlađenja i njegovog širenja. U jednom trenutku proces postane nezaustavljiv i cijeli planet se nađe u stisku trajne zime.

Istraživanje s Harvarda nam govori kako na egzoplanete ne trebamo samo gledati jesu li oni na dobroj udaljenosti od matične zvijezde, već i kakvi su uvjeti za nastanjivost na površini planeta. Zemlja je zoran primjer kako se oni brzo i temeljito mogu izmijeniti.

A što se dogodilo s Kriogenijem? Nakon 85 milijuna godina hladne klime vulkani su se ponovno umiješali i obogatili atmosferu stakleničkim plinovima. Kako je tadašnji foto sintetski život bio stjeran na rub zbog nemogućih uvjeta na površini planeta, u atmosferi su se mogle neometano nakupiti veće količine ugljičnog dioksida i pokrenuti globalno zagrijavanje. Na kraju je Kriogenij ustupio mjesto Ediakariju, periodu u kojem se javlja prvi višestanični život (biota nalik spužvama i moruzgvama). Taj primitivan život kasnije je postao bogati izvor hrane za stvorenja Kambrijske eksplozije.

Kada smo na temi ledenih doba, nedavno se pojavio članak u kojem se jasno vidi kako je život postao integralni dio klimatskog sustava našeg planeta.

Proučavajući uzorke leda stare do 800.000 godina, znanstvenici su zapazili kako čak i u najvećim periodima hladnoće, količina ugljičnog dioksida u atmosferi nije pala ispod 180 ppm, tj 45% današnje koncentracije. Ono što je još interesantnije, u svim ledenim dobima, a u tih 800.000 godina bilo ih je 8, minimalne količine ugljičnog dioksida su jako ujednačene. Koji to proces regulira količine CO2?

Izmjena ledenih doba i interglacijacija zadnjih 450.000 godina. © Autor: Petit et al., 1999., preuzeto s commons.wikipedia.org
Odgovor su biljke. U toplijim razdobljima imamo više padalina, a biljke zauzimaju veću površinu. Kada pada kiša, ona ispire iz atmosfere ugljični dioksid koji potom pada na silikatne stijene, koje pritom erodiraju i nastaje ugljična kiselina. Više biljaka na kopnu u toplijim periodima ubrzava mrvljenje stijena, povećavajući tako površinu izloženu djelovanju ugljikovog dioksida, a time i nastale ugljične kiseline. Priča tu ne staje.

Sva ta ugljična kiselina završi u oceanima gdje je jednostanična stvorenja iskoriste za stvaranje zaštitnih ljuštura. Povećana količina tih stvorenja postaju hrana cijanobakterijama, a njihove ljušturice se talože na dnu. Oceani tako postaju dugotrajna skladišta ugljika. Ali smanjenje količine ugljičnog dioksida dovodi do hladnije klime. Površina pod biljnim pokrivačem se smanji i nastupa globalna suša zbog čega pada brzina erozije stijena. U oceane počne dolaziti manje ugljične kiseline pa jednostanična stvorenja nemaju više dovoljno hranjivih tvari za održavanje populacije.

Takva situacija ne ide u korist cijanobakterijama, koje počnu gladovati i njihova se brojnost smanji. Stvorenja s karbonskim ljušturicama sada ne bivaju pojedena, već nakon smrti ostaju plutati u moru dok ih valovi ne izbace na obalu. U tom trenu se CO2 zarobljen u ljušturicama, počne vraćati u atmosferu i tako započinje proces polaganog globalnog zatopljenja. Kumulativnim efektom kroz milenije to dovede do kraja ledenog doba i ulazak u interglacijaciju.

Velike količine tokom glacijacija su bile zarobljene u ledenim kapama. Niže temperature i manjak vode doveli su do
globalne suše što je uvelike promijenilo biljni pokrov Zemlje. Europa i veliki dio Azije bile su hladne stepe,
dok su šume zauzimale znatno manji dio kopna. Izvor: commons.wikipedia.org
Stvaranje ljušturica od strane mikroskopskih organizama i povećano upijanje ugljičnog dioksida u biljkama neće nam pomoći. Ovi prirodni procesi ne mogu pratiti brzinu kojom ljudi izbacuju ugljik u atmosferu. Klimatolozi već pričaju crne viceve, kako ne trebamo više gledati interglacijacije u pleistocenu kao referentnu točku, već period Karbona, prije otprilike 320 milijuna godina. Karbon je imao dvostruko veće količine ugljičnog dioksida u atmosferi nego mi danas pa je opet imao ledena doba. Upravo bi procesi koji su doveli tada do početka i kraja glacijacija mogli biti analogija za ono što nas čeka u skoroj budućnosti.


O Zvjezdoznancima

Zvjezdoznanci su radio emisija o astronomiji i srodnim znanostima koje se emitira svakog ponedjeljka u 19 h na Radio Studentu (100.5MHz). Emisiju uređuju Marko Šimac i Vedran Vrhovac, a vode ju zajedno s Markom Ragužom.

Urednici su članovi astronomskog društva Beskraj iz Zagreba, dugogodišnji zaljubljenici u astronomiju i znanost općenito. Za sve komentare, prijedloge ili pitanja možete im se obratiti na e-mail adresu zvjezdoznanci(a)gmail.com ili putem Facebook profila Zvjezdoznanci.

Svaka vaša ideja, sugestija ili kritika nam mogu samo pomoći kako bi naše djelovanje bilo još kvalitetnije.

Posjetite YouTube kanal Zvjezdoznanaca!


Bez komentara
Želiš komentirati? Klikni!