Экстремальный парниковый эффект CO2 нагрел молодую Землю

Очень высокие уровни CO₂ в атмосфере 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. Вопрос о том, нагрел ли планету Землю CO₂, метан или совершенно другой парниковый газ, является предметом споров среди ученых. Новое исследование, проведенное доктором Даниэлем Херварцем из Кельнского университета, профессором доктором Андреасом Паком из Геттингенского университета и профессором доктором Торстеном Нагелем из Орхусского университета (Дания), теперь предполагает, что высокий уровень CO₂уровни являются правдоподобным объяснением. Это также решило бы другую геонаучную проблему: температуры океана, которые, по-видимому, были слишком высокими. Статья Теплица CO₂ эффективно согрела раннюю Землю и уменьшила количество морской воды ¹⁸O/^{16O до начала тектоники плит» появляется в Proceedings of the National Academy of Sciences.}

Широко 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 долгое время это считалось маловероятным.

Модели из нового исследования показывают, что высокие уровни CO₂ в атмосфере могут дать объяснение, поскольку они также вызвали бы изменение состава океана. Таким образом, высокие уровни CO₂ объясняют 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 ближе 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 CO₂», - добавил Херварц. По оценкам авторов, общее количество CO₂ составляет примерно один бар. Это было бы так, как если бы вся сегодняшняя атмосфера состояла из CO₂

'Сегодня CO₂ - это всего лишь следовые количества газа в атмосфере. По сравнению с этим одна полоска звучит как абсурдно большая сумма. Однако, глядя на нашу сестринскую планету Венеру с примерно 90 барами CO₂, можно взглянуть на вещи в перспективе», - 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 огромные уровни CO_{2 на молодой Земле 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», - пояснил Торстен Нагель из Орхусского университета.}

Для углеродного цикла начало тектоники плит изменило все. Большие массивы суши с горами обеспечивали более быстрое силикатное выветривание, превращавшее CO₂ в известняк. Кроме того, углерод оказался в ловушке в мантии Земли, когда океанические плиты были субдуцированы. Таким образом, тектоника плит вызвала резкое падение содержания CO₂ в атмосфере. Повторяющиеся ледниковые периоды показывают, что на Земле стало значительно холоднее. «Более ранние исследования уже показали, что содержание известняка в древних базальтах указывает на резкое падение уровня CO₂ в атмосфере. Это хорошо согласуется с одновременным увеличением изотопов кислорода. Все указывает на то, что содержание CO_{2 в атмосфере быстро снижалось после начала тектоники плит», - заключил Даниэль Херварц. Однако в данном контексте «быстро» означает несколько сотен миллионов лет.}