Klimatické zmeny boli vždy považované za relatívne moderný jav, spôsobený predovšetkým masívnymi emisiami skleníkových plynov, ako je metán a CO2, do atmosféry ľuďmi od čias priemyselnej revolúcie. Čo by ste si však pomysleli, keby som vám povedal, že počas miliárd rokov od vzniku Zeme došlo k iným klimatickým zmenám?
Zemská atmosféra nebola vždy rovnaká ako dnes. Prešla mnohými rôznymi zloženiami. Aká je prehistória klimatických zmien ? V tejto súvislosti je tiež dôležité zvážiť, ako súčasné klimatické zmeny ovplyvňujú našu planétu.
Keď metán reguloval počasie
Približne pred 2.300 miliardami rokov vdýchli zvláštne mikroorganizmy nový život vtedy „mladej“ planéte Zem. Boli to sinice. Naplnili planétu vzduchom. Predpokladá sa však, že dávno predtým ju osídlila iná skupina jednobunkových organizmov, ktoré ju mohli urobiť obývateľnou. Hovoríme o metanogénoch.
Metanogény sú jednobunkové organizmy, ktoré dokážu prežiť iba v prostredí bez kyslíka a počas svojho metabolizmu syntetizujú metán ako odpadový produkt. Dnes sa metanogény nachádzajú iba na miestach, ako sú črevá prežúvavcov, dno sedimentov a iné miesta na planéte s nedostatkom kyslíka.
Molekula metánu
Ako vieme, metán je skleníkový plyn, ktorý zachytáva 23-krát viac tepla ako oxid uhličitý, čo vedie k hypotéze, že metanogény dominovali atmosfére počas prvých dvoch miliárd rokov histórie Zeme. Metán produkovaný týmito organizmami spôsobil skleníkový efekt s obrovskými dôsledkami na klímu planéty. Tento jav nás núti zamyslieť sa nad tým, ako sa klimatické zmeny vyvíjali v priebehu času.
Dnes metán pretrváva v atmosfére len približne 10 rokov vďaka prítomnosti kyslíka. Ak by však v zemskej atmosfére chýbali molekuly kyslíka, metán by mohol pretrvať približne 10 000 rokov. Vtedy slnečné svetlo nebolo také intenzívne ako dnes, takže množstvo žiarenia dosahujúceho zemský povrch a tým ohrievajúceho planétu bolo oveľa nižšie. Preto na zvýšenie teploty planéty a vytvorenie obývateľného prostredia bol potrebný metán na zachytávanie tepla.
Skleníkový efekt primitívnej atmosféry
Keď sa Zem formovala asi pred 4.600 miliardami rokov, Slnko vydávalo svietivosť zodpovedajúcu 70% toho, čo dnes. Preto bola atmosféra pred prvou dobou ľadovou (asi pred 2.300 miliardami rokov) úplne závislá od skleníkového efektu.
Odborníci na zmenu klímy kedysi považovali amoniak za skleníkový plyn, ktorý zachytával teplo v ranej atmosfére, pretože je to silný skleníkový plyn. Avšak pri absencii atmosférického kyslíka slnečné ultrafialové žiarenie rýchlo zničilo amoniak, takže metán sa stal prevládajúcim skleníkovým plynom. Tento proces je podobný tomu, čo sa deje v mestách ohrozených globálnym otepľovaním.
Okrem príspevku atmosférického tepla a skleníkového efektu máme aj CO2. V tom čase bola jeho koncentrácia oveľa nižšia , a preto nemohol byť príčinou skleníkového efektu. CO2 sa do atmosféry uvoľňoval iba prirodzene, prostredníctvom sopiek.
Sopky uvoľňovali CO2 a vodík
Úloha metánu a hmly, ktorá ochladzovala planétu
Úloha metánu v regulácii ranej klímy sa začala približne pred 3.500 miliardami rokov, keď metanogény syntetizovali metán ako odpadový produkt v oceánoch. Tento plyn zachytával slnečné teplo v širokej oblasti elektromagnetického spektra. Umožňoval tiež prenikanie ultrafialového žiarenia a tieto faktory v kombinácii s existujúcim CO2 pomáhali udržiavať obývateľnú teplotu na planéte.
Metanogény prosperovali pri vyšších teplotách. S rastúcimi teplotami sa zrýchľoval aj kolobeh vody, čo urýchľovalo eróziu hornín. Tento proces erózie odstraňuje CO2 z atmosféry, čo nakoniec vedie ku konvergencii koncentrácií metánu a CO2.
Chémia atmosféry spôsobila polymerizáciu molekúl metánu (tvorbu reťazcov molekúl metánu spojených dohromady) a vytvorenie komplexných uhľovodíkov. Tieto uhľovodíky kondenzovali do častíc, ktoré vo vysokých nadmorských výškach tvorili oranžový opar. Tento oblak organického prachu pôsobil proti skleníkovému efektu tým, že absorboval viditeľné svetlo z prichádzajúceho slnečného žiarenia a opätovne ho vyžaroval späť do vesmíru. Týmto spôsobom znížil množstvo tepla dosahujúceho povrch planéty a prispel k ochladeniu klímy a spomaleniu produkcie metánu.
Termofilné metanogény
Termofilné metanogény sú tie, ktoré prežívajú v relatívne vysokých teplotných rozsahoch. Preto, keď sa vytvoril uhľovodíkový smog, ako sa globálne teploty ochladzovali a znižovali, termofilné metanogény nemohli prežiť takéto podmienky. S chladnejšou klímou a klesajúcou populáciou termofilných metanogénov sa zmenili podmienky na planéte. Táto zmena je dôležitá pre pochopenie vplyvu zmeny klímy na život rastlín.
Atmosféra by si mohla udržať také vysoké koncentrácie metánu iba vtedy, ak by sa metán produkoval rýchlosťou porovnateľnou s dnešnou . Metanogény však neprodukovali toľko metánu ako ľudia prostredníctvom našich priemyselných činností.
Termofilné metanogény
Metanogény sa živia predovšetkým vodíkom a CO2, pričom ako odpadový produkt vytvárajú metán. Niektoré iné konzumujú acetát a rôzne ďalšie zlúčeniny, ktoré vznikajú anaeróbnym rozkladom organickej hmoty. Preto sa dnes metanogény darí iba v žalúdkoch prežúvavcov, v bahne pod zaplavenými ryžovými poľami a v inom anoxickom prostredí. Keďže však v ranej atmosfére chýbal kyslík, všetok vodík emitovaný sopkami sa ukladal v oceánoch a využíval sa metanogénmi, pretože pre ne nebol k dispozícii kyslík na tvorbu vody.
Hmla „anti skleníkového“ efektu
Vďaka tejto pozitívnej spätnej väzbe (vyššia teplota, viac metanogénov, viac metánu, viac tepla, vyššia teplota...) sa planéta zmenila z takého horúceho skleníka, že sa tomuto novému prostrediu dokázali prispôsobiť iba termofilné mikroorganizmy. Ako som však už spomenul, z uhľovodíkov sa vytvoril opar, ktorý odkláňal prichádzajúce ultrafialové žiarenie a ochladzoval klímu . To spomalilo produkciu metánu a teploty a zloženie atmosféry sa začali stabilizovať.
Ak porovnáme hmlu s hmlou na Titane, najväčšom mesiaci Saturnu, vidíme, že má tiež rovnakú charakteristickú oranžovú farbu, ktorá zodpovedá hustej vrstve uhľovodíkových častíc, ktoré vznikajú pri reakcii metánu so slnečným žiarením. Táto uhľovodíková vrstva však spôsobuje, že povrchová teplota Titanu je -179 stupňov Celzia. Táto atmosféra je chladnejšia ako kedykoľvek predtým v celej svojej histórii.
Keby zemský uhľovodíkový mrak dosiahol hustotu, akú má Titan, odvrátil by dostatok slnečného žiarenia, aby pôsobil proti silnému skleníkovému efektu metánu. Celý povrch planéty by zamrzol, čím by sa zabili všetky metanogény. Rozdiel medzi Titanom a Zemou je v tom, že tento mesiac Saturn nemá ani CO2, ani vodu, takže metán sa ľahko odparuje.
Titan, najväčší satelit Saturnu
Koniec éry metánu
Hmla, ktorá vznikla z metánu, netrvala večne. Od proterozoika sa vyskytli tri doby ľadové a metán môže ponúknuť určité vysvetlenie, prečo k nim došlo. V tejto súvislosti niektoré teórie naznačujú, že tieto zmeny mohlo ovplyvniť globálne otepľovanie .
Prvé zaľadnenie sa nazýva hurónske zaľadnenie a pod najstaršími horninami nachádzajúcimi sa pod jeho ľadovcovými usadeninami sa nachádza uraninit a pyritový detritus, dva minerály, ktoré naznačujú veľmi nízku hladinu atmosférického kyslíka. Nad ľadovcovými vrstvami sa však pozoruje červenkastý pieskovec obsahujúci hematit, minerál, ktorý sa tvorí v prostredí bohatom na kyslík. To všetko naznačuje, že hurónske zaľadnenie nastalo presne v čase, keď hladina atmosférického kyslíka začala prvýkrát prudko stúpať.
V tomto novom prostredí, ktoré je čoraz bohatšie na kyslík, metanogény a ďalšie anaeróbne organizmy, ktoré kedysi dominovali na planéte, postupne mizli alebo boli čoraz viac obmedzené na obmedzenejšie biotopy. V skutočnosti by koncentrácia metánu zostala rovnaká alebo vyššia ako dnes, ak by hladiny kyslíka zostali nižšie.
To vysvetľuje, prečo počas proterozoického eónu neboli na Zemi takmer 1.500 miliardy rokov žiadne doby ľadové , hoci Slnko bolo stále dosť slabé. Špekulovalo sa, že druhý nárast atmosférického kyslíka alebo rozpustených síranov mohol tiež spustiť doby ľadové znížením ochranného účinku metánu.
Ako vidíte, atmosféra Zeme nebola vždy taká, aká je dnes. Stalo sa, že postrádal kyslík (molekula, ktorú dnes potrebujeme k životu) a kde metán reguloval podnebie a dominoval planéte. Okrem toho po dobe ľadovej koncentrácia kyslíka stúpala, až kým sa nestala stabilnou a rovnakou ako tá súčasná, zatiaľ čo metán sa znížil na obmedzenejšie miesta. V súčasnosti sa koncentrácia metánu zvyšuje v dôsledku emisií z ľudskej činnosti a prispieva k skleníkovému efektu a súčasnej zmene podnebia.
