Τι έβαλε τέλος στην εποχή του θερμοκηπίου της Γης;
Τι έβαλε τέλος στην εποχή του θερμοκηπίου της Γης; Νέα στοιχεία από τον ωκεανό.Εικόνα: Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον.
Η Γη δεν έμοιαζε πάντα με τη σημερινή. Μετά την εξαφάνιση των δεινοσαύρων πριν από 66 εκατομμύρια χρόνια, ο πλανήτης πέρασε μεγάλα χρονικά διαστήματα σε μια πολύ θερμότερη κατάσταση «θερμοκηπίου» - χωρίς μεγάλα στρώματα πάγου, με υψηλότερη στάθμη της θάλασσας και μια πιο τροπική ατμόσφαιρα σε πολλά μέρη.
Με την πάροδο του χρόνου, όμως, η Γη ψύχθηκε δραματικά, δημιουργώντας τελικά μόνιμο πάγο στην Ανταρκτική και αργότερα στο Βόρειο Ημισφαίριο. Οι επιστήμονες διαφωνούν εδώ και δεκαετίες σχετικά με το τι οδήγησε σε αυτή την αργή αλλά τεράστια μεταβολή.
Το ασβέστιο του θαλασσινού νερού μειώνεται
Μια διεθνής ομάδα με επικεφαλής το Πανεπιστήμιο του Σαουθάμπτον αναφέρει ότι οι συγκεντρώσεις διαλυμένου ασβεστίου στον ωκεανό έχουν μειωθεί κατά περισσότερο από το μισό τα τελευταία 66 εκατομμύρια χρόνια.
Κατά την άποψή τους, αυτή η χημική αλλαγή μπορεί να βοήθησε στην απομάκρυνση του διοξειδίου του άνθρακα από την ατμόσφαιρα και στη διατήρησή του κλειδωμένου μακριά, «μειώνοντας» σταδιακά τη θερμοκρασία του πλανήτη.
Ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, Ντέιβιντ Έβανς, περιέγραψε πώς μπορεί να εξελίχθηκε η μετατόπιση.
«Τα αποτελέσματά μας δείχνουν ότι τα επίπεδα διαλυμένου ασβεστίου ήταν διπλάσια στην αρχή της Καινοζωικής Εποχής, λίγο μετά την περιπλάνηση των δεινοσαύρων στον πλανήτη, σε σύγκριση με σήμερα», δήλωσε ο Έβανς.
«Όταν αυτά τα επίπεδα ήταν υψηλά, οι ωκεανοί λειτουργούσαν διαφορετικά, ενεργώντας έτσι ώστε να αποθηκεύουν λιγότερο άνθρακα στο θαλασσινό νερό και να απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα στην ατμόσφαιρα.»
«Καθώς αυτά τα επίπεδα μειώθηκαν, το CO2 απορροφήθηκε από την ατμόσφαιρα και η θερμοκρασία της Γης ακολούθησε, μειώνοντας το κλίμα μας έως και 15 έως 20 βαθμούς Κελσίου».
Επίπεδα ασβεστίου και αποθήκευση άνθρακα
Με την πρώτη ματιά, το ασβέστιο δεν ακούγεται σαν μοχλός για το κλίμα. Αλλά στον ωκεανό, το ασβέστιο είναι κεντρικό στοιχείο του ανθρακικού συστήματος - της χημείας που ελέγχει τον τρόπο με τον οποίο αποθηκεύεται ο άνθρακας στο θαλασσινό νερό και πόσο μπορεί να καταλήξει ως CO2 στον αέρα.
Πολλοί θαλάσσιοι οργανισμοί – πλαγκτόν, κοράλλια και άλλοι – χρησιμοποιούν ασβέστιο και ανθρακικό άλας για να κατασκευάσουν κελύφη και σκελετούς από ανθρακικό ασβέστιο. Όταν πεθαίνουν, μέρος αυτού του υλικού βυθίζεται στον πυθμένα, όπου τα ιζήματα το θάβουν.
Αυτή η ταφή απομακρύνει τον άνθρακα από την κυκλοφορία μακροπρόθεσμα. Εάν οι συνθήκες ευνοούν περισσότερη ταφή (ή διαφορετικά στυλ ταφής), η ατμόσφαιρα μπορεί να καταλήξει με λιγότερο CO2 με την πάροδο του γεωλογικού χρόνου.
Εάν οι συνθήκες αλλάξουν προς την αντίθετη κατεύθυνση, το σύστημα ωκεανού-ατμόσφαιρας μπορεί να «διαρρεύσει» περισσότερο CO2 πίσω στην ατμόσφαιρα.
Η ομάδα υποστηρίζει ότι όταν τα επίπεδα ασβεστίου ήταν υψηλότερα, ο ωκεανός έτεινε να αποθηκεύει λιγότερο άνθρακα στο θαλασσινό νερό με τρόπους που διατηρούσαν χαμηλό το CO2, και περισσότερος άνθρακας κατέληγε πίσω στην ατμόσφαιρα.
Καθώς τα επίπεδα ασβεστίου μειώνονταν κατά τη διάρκεια του Καινοζωικού, η ισορροπία μετατοπίστηκε προς διεργασίες που δεσμεύουν τον άνθρακα, μειώνοντας το ατμοσφαιρικό CO2 και βοηθώντας στην ψύξη του πλανήτη.
Ανακατασκευάζοντας αρχαίες θάλασσες
Κανείς δεν έχει βάζο με θαλασσινό νερό από 50 εκατομμύρια χρόνια πριν, επομένως οι ερευνητές βασίστηκαν σε υποκατάστατα - φυσικά ίχνη που άφησε πίσω της η αρχαία ζωή.
Ανέλυσαν απολιθωμένα κελύφη τρηματοφόρων, μικροσκοπικών οργανισμών που ζουν στον ωκεανό και διατηρούνται σε ιζήματα του πυθμένα.
Η χημεία αυτών των απολιθωμάτων μπορεί να καταγράψει τη χημεία του θαλασσινού νερού στο οποίο ζούσαν.
Συλλέγοντας τρηματοφόρα από πυρήνες ιζημάτων και αναλύοντας τις χημικές τους υπογραφές, η ομάδα δημιούργησε αυτό που περιγράφουν ως την πιο λεπτομερή καταγραφή μέχρι σήμερα για το πώς άλλαξε το ασβέστιο των ωκεανών τα τελευταία 66 εκατομμύρια χρόνια.
Αυτό το αρχείο έδειξε μια ισχυρή σύνδεση μεταξύ του ασβεστίου του θαλασσινού νερού και των επιπέδων CO2 στην ατμόσφαιρα, όπως συνάγεται από άλλες ενδείξεις.
Η συσχέτιση δεν αποτελεί απόδειξη, επομένως η ομάδα βασίστηκε επίσης σε υπολογιστική μοντελοποίηση για να ελέγξει εάν οι αλλαγές ασβεστίου ήταν αρκετά μεγάλες ώστε να ωθήσουν εύλογα τον κύκλο του άνθρακα - και επομένως το κλίμα - προς την κατεύθυνση που υποδηλώνει το αρχείο απολιθωμάτων.
Η ιδέα του «κουτιού κλειδώματος άνθρακα»
Στην εργασία μοντελοποίησης της ομάδας, τα επίπεδα ασβεστίου επηρεάζουν το πόσο αποτελεσματικά η θαλάσσια ζωή δεσμεύει τον άνθρακα και πόσο καταλήγει θαμμένο ως ανθρακικό ασβέστιο στον πυθμένα της θάλασσας.
Η λογική: αν αλλάξετε τα συστατικά που είναι διαθέσιμα στους θαλάσσιους οργανισμούς, αλλάζετε και τη μακροπρόθεσμη λογιστική καταγραφής άνθρακα του ωκεανού.
«Η διαδικασία ουσιαστικά τραβάει το διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα και το κλειδώνει μακριά», δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Xiaoli Zhou από το Πανεπιστήμιο Tongji .
«Αυτή η μετατόπιση θα μπορούσε να έχει αλλάξει τη σύνθεση της ατμόσφαιρας, ουσιαστικά μειώνοντας τον θερμοστάτη του πλανήτη».
Αυτό είναι το είδος του μηχανισμού που δεν θα προκαλούσε μια ξαφνική ανατροπή του κλίματος, αλλά θα μπορούσε να εξηγήσει μια αργή, επίμονη τάση.
Αυτό το μοτίβο είναι ακριβώς αυτό που βλέπουμε όταν η Γη μετακινείται από έναν θερμό πρώιμο Καινοζωικό κόσμο προς τις ψυχρότερες συνθήκες που τελικά επέτρεψαν την ανάπτυξη παγοκαλύμματος.
Μια αλλαγή στη χημεία του θαλασσινού νερού
Η μελέτη προσπαθεί επίσης να εξηγήσει γιατί το ασβέστιο έπεσε. Η ομάδα επισημαίνει τη βαθιά γεωλογία της Γης - συγκεκριμένα, τις αλλαγές στην εξάπλωση του πυθμένα.
Οι μεσοωκεάνιες ράχες δημιουργούν συνεχώς νέο ωκεάνιο φλοιό. Αυτός ο φρέσκος φλοιός αλληλεπιδρά χημικά με το θαλασσινό νερό και αυτές οι αντιδράσεις συμβάλλουν στον καθορισμό της μακροπρόθεσμης σύνθεσης του ωκεανού.
Οι ερευνητές λένε ότι η μείωση του ασβεστίου τους ευθυγραμμίζεται με στοιχεία που αποδεικνύουν ότι η εξάπλωση του πυθμένα επιβραδύνθηκε με την πάροδο του χρόνου.
Εάν η παραγωγή νέου θαλάσσιου πυθμένα μειωθεί, η κλίμακα και η φύση της χημικής ανταλλαγής μεταξύ βράχου και θαλασσινού νερού αλλάζει επίσης, ενδεχομένως μειώνοντας το ασβέστιο για εκατομμύρια χρόνια.
Ο συν-συγγραφέας της μελέτης, Yair Rosenthal, από το Πανεπιστήμιο Rutgers, σημείωσε ότι αυτό ανατρέπει το συνηθισμένο πλαίσιο.
«Η χημεία του θαλασσινού νερού θεωρείται συνήθως ως κάτι που ανταποκρίνεται σε άλλους παράγοντες που οδηγούν σε αλλαγές στο κλίμα μας, αντί να είναι η ίδια η αιτία», εξήγησε ο Ρόζενταλ.
«Αλλά τα νέα μας στοιχεία υποδηλώνουν ότι πρέπει να εξετάσουμε την αλλαγή της χημείας του θαλασσινού νερού για να κατανοήσουμε την κλιματική ιστορία του πλανήτη μας».
«Ίσως οι αλλαγές σε αυτές τις βαθιές διεργασίες της Γης να είναι τελικά υπεύθυνες για μεγάλο μέρος των μεγάλων κλιματικών μεταβολών που έχουν λάβει χώρα με την πάροδο του γεωλογικού χρόνου».
Κλιματική αλλαγή σε εκατομμύρια χρόνια
Αυτό δεν υπονοεί ότι το ασβέστιο από μόνο του εξηγεί τα πάντα σχετικά με τη μακρά ιστορία ψύξης της Γης.
Το κλίμα σε διάστημα δεκάδων εκατομμυρίων ετών διαμορφώνεται από πολλά κινούμενα μέρη: τεκτονική, ηφαιστειακή απαγωγή αερίων, σχηματισμός και αποσάθρωση των βουνών, μεταβολές στην κυκλοφορία των ωκεανών, βιολογική εξέλιξη και πολλά άλλα.
Αλλά η μελέτη υποστηρίζει ότι η χημεία των ωκεανών δεν είναι απλώς ένα παθητικό «ημερολόγιο» της κλιματικής αλλαγής - μπορεί να είναι ένας από τους παράγοντες που την προκαλούν.
Αν η ομάδα έχει δίκιο, τότε ένας λόγος για τον οποίο η Γη τελικά έγινε παγωμένος πλανήτης είναι ότι ο ωκεανός άλλαξε σιγά σιγά τους εσωτερικούς του κανόνες σχετικά με την αποθήκευση άνθρακα.
Η μείωση του ασβεστίου δεν συνέβη μόνο παράλληλα με την ψύξη. Μπορεί να συνέβαλε στην επίτευξη της ψύξης μειώνοντας σταθερά το CO2 στην ατμόσφαιρα και διατηρώντας το χαμηλότερο.
Και αυτό είναι το ενδιαφέρον κομμάτι: ένας τεράστιος κλιματικός μετασχηματισμός, που εκτυλίσσεται σε διάστημα δεκάδων εκατομμυρίων ετών, μπορεί εν μέρει να οφείλεται σε κάτι τόσο ασήμαντο όσο το πόσο ασβέστιο μετέφερε ο ωκεανός.
Η μελέτη δημοσιεύεται στο περιοδικό Proceedings of the National Academy of Sciences .
Γεωδίφης με πληροφορίες από τη σελίδα earth.com
The major ion chemistry of seawater was closely coupled to the long-term carbon cycle during the Cenozoic- David Evans https://orcid.org/0000-0002-8685-671X d.evans@soton.ac.uk, Yair Rosenthal, Jonathan Erez, +10 , and Hagit P. Affek https://orcid.org/0000-0003-4256-9521
https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2511781122
https://www.earth.com/news/what-ended-earths-greenhouse-age-new-clues-from-the-ocean/