Bardzo wysoki poziom atmosferycznego dwutlenku węgla może tłumaczyć wysokie temperatury na młodej Ziemi 3-4 miliardy lat temu. W tym czasie Słońce świeciło tylko z 70-80% swojej obecnej intensywności. Mimo tego, klimat na młodej Ziemi był tak ciepły, że prawie nie było na niej lodu lodowcowego. Zjawisko to znane jest jako paradoks słabego, młodego Słońca.
Gdy Słońce było młode
We wczesnej fazie rozwoju Układu Słonecznego, całkowita energia emitowana przez Słońce wynosiła 70% energii emitowanej współcześnie. W tej fazie rozwoju Ziemi i Słońca, ilość energii słonecznej docierającej na Ziemię nie była wystarczająca, aby utrzymać na jej powierzchni wodę w stanie płynnym. W 1972 r. Carl Sagan i George Mullen wskazali, że stoi to w sprzeczności ze znanymi obserwacjami geologicznymi i paleontologicznymi.
Według przyjętych modeli astrofizycznych, mniejsza jasność Słońca 4 miliardy lat temu połączona ze współczesną zawartością gazów cieplarnianych w atmosferze Ziemi powinna doprowadzić do zamrożenia wody znajdującej się na powierzchni Ziemi. Dane geologiczne wskazują jednak, że już w tym czasie powierzchnia naszej planety była stosunkowo ciepła, z wyjątkiem okresu zlodowacenia 2,1-2,4 mld lat temu. Pierwsze odnalezione osady wodne powstały przynajmniej 3,8 mld lat temu, a pierwsze ślady życia pochodzą z ok. 3,5 mld lat temu.
Nowe badania przeprowadzone przez dr Daniela Herwartza z Uniwersytetu w Kolonii, prof. Andreasa Packa z Uniwersytetu w Getyndze i prof. Thorstena Nagela z Uniwersytetu w Aarhus wskazują na prawdopodobne wyjaśnienie paradoks słabego, młodego Słońca.
Dwutlenek węgla, który zmienia wszystko
Wiele kontrowersyjnych pytań w naukach o Ziemi dotyczy temperatury wczesnych oceanów. Istnieją dowody na to, że były one bardzo gorące. Pomiary izotopów tlenu na starych skałach wapiennych i krzemionkowych, które służą jako geotermometry, wskazują na temperatury wody morskiej powyżej 70°C. Niższe temperatury byłyby możliwe tylko wtedy, gdyby woda morska zmieniła swój skład izotopowy tlenu. Jednak długo uważano to za mało prawdopodobne.
Modele z nowego badania pokazują, że wysoki poziom CO2 w atmosferze może stanowić wyjaśnienie, ponieważ spowodowałby również zmianę składu oceanu.
Wysoki poziom CO2 wyjaśniałby więc dwa zjawiska jednocześnie: po pierwsze, ciepły klimat na Ziemi, a po drugie, dlaczego geotermometry wydają się pokazywać ciepłą wodę morską. Biorąc pod uwagę różne proporcje izotopów tlenu w wodzie morskiej, doszlibyśmy do temperatur bliższych 40°C.Daniel Herwartz z Uniwersytetu w Kolonii
Niewykluczone, że w atmosferze było również dużo metanu. Ale to nie miałoby żadnego wpływu na skład oceanu. Tym samym nie wyjaśniałoby to, dlaczego geotermometr tlenowy wskazuje zbyt wysokie temperatury.
Oba zjawiska można wyjaśnić tylko wysokim poziomem CO2. Autorzy potwierdzili wcześniejsze ustalenia, że ciśnienie atmosferyczne na młodej Ziemi (2-3 mld lat temu) było nie większe niż połowa obecnego ciśnienia.
Dziś CO2 jest tylko gazem śladowym w atmosferze. W porównaniu z tym, jeden bar brzmi jak absurdalnie duża ilość. Jednak patrząc na naszą siostrzaną planetę Wenus, gdzie ciśnienie wynosi 93 bary, wszystko to nabiera odpowiedniej perspektywy.Andreas Pack z Uniwersytetu w Getyndze
Na Ziemi CO2 został ostatecznie usunięty z atmosfery i oceanów i zmagazynowany w postaci węgla, ropy, gazu, czarnych łupków i wapienia. Te zbiorniki węgla znajdują się głównie na kontynentach. Jednak młoda Ziemia była w dużej mierze pokryta oceanami i prawie nie było kontynentów, więc możliwości magazynowania węgla były ograniczone.
To również wyjaśnia ogromny poziom CO2 na młodej Ziemi z dzisiejszej perspektywy. Przecież mniej więcej trzy miliardy lat temu tektonika płyt i rozwój mas lądowych, w których węgiel mógłby być magazynowany przez długi czas, dopiero nabierały tempa.horsten Nagel z Uniwersytetu w Aarhus
Dla cyklu węglowego początek tektoniki płyt zmienił wszystko. Duże masy lądowe z górami zapewniały szybsze wietrzenie krzemianów, które przekształcały CO2 w wapień. Ponadto, węgiel został skutecznie uwięziony w płaszczu Ziemi, ponieważ płyty oceaniczne uległy subdukcji. Tektonika płyt spowodowała więc gwałtowny spadek zawartości CO2 w atmosferze. Powtarzające się epoki lodowcowe pokazują, że na Ziemi zrobiło się znacznie zimniej.
