Perubahan iklim sentiasa dianggap sebagai fenomena yang agak moden, disebabkan terutamanya oleh pelepasan gas rumah hijau yang besar, seperti metana dan CO2, ke atmosfera oleh manusia sejak Revolusi Perindustrian. Walau bagaimanapun, apa pendapat anda jika saya memberitahu anda bahawa perubahan iklim lain telah berlaku sepanjang berbilion tahun sejak Bumi terbentuk?
Atmosfera Bumi tidak selalunya sama seperti hari ini. Ia telah melalui pelbagai komposisi. Apakah prasejarah perubahan iklim ? Dalam konteks ini, adalah penting juga untuk mempertimbangkan bagaimana perubahan iklim semasa mempengaruhi planet kita.
Ketika metana mengatur cuaca
Sekitar 2.300 bilion tahun yang lalu, mikroorganisma aneh telah memberi nafas baharu kepada planet Bumi yang ketika itu "muda". Ini adalah sianobakteria. Mereka memenuhi planet ini dengan udara. Walau bagaimanapun, dipercayai bahawa jauh sebelum masa ini, sekumpulan organisma bersel tunggal lain telah menghuni planet ini dan boleh menjadikannya boleh didiami. Kita bercakap tentang metanogen.
Metanogen ialah organisma bersel tunggal yang hanya boleh hidup dalam persekitaran bebas oksigen dan mensintesis metana sebagai produk sisa semasa metabolisme mereka. Hari ini, metanogen hanya terdapat di tempat seperti usus ruminan, dasar sedimen dan lokasi lain yang kekurangan oksigen di planet ini.
Molekul metana
Seperti yang kita ketahui, metana ialah gas rumah hijau yang memerangkap 23 kali ganda lebih banyak haba daripada karbon dioksida, yang membawa kepada hipotesis bahawa metanogen mendominasi atmosfera selama dua bilion tahun pertama sejarah Bumi. Metana yang dihasilkan oleh organisma ini menyebabkan kesan rumah hijau dengan kesan yang sangat besar terhadap iklim planet ini. Fenomena ini mendorong kita untuk mempertimbangkan bagaimana perubahan iklim telah berkembang dari semasa ke semasa.
Hari ini, metana hanya kekal di atmosfera selama kira-kira 10 tahun disebabkan oleh kehadiran oksigen. Walau bagaimanapun, jika atmosfera Bumi kekurangan molekul oksigen, metana boleh kekal selama kira-kira 10.000 tahun. Pada masa itu, cahaya matahari tidak sekuat sekarang, jadi jumlah radiasi yang sampai ke permukaan Bumi dan seterusnya memanaskan planet ini adalah jauh lebih rendah. Oleh itu, untuk meningkatkan suhu planet dan mewujudkan persekitaran yang boleh didiami, metana diperlukan untuk memerangkap haba.
Kesan rumah hijau dari suasana primitif
Ketika Bumi terbentuk kira-kira 4.600 bilion tahun yang lalu, Matahari memancarkan cahaya yang setara dengan 70% dari apa yang dilakukannya hari ini. Itulah sebabnya, sebelum zaman ais pertama (kira-kira 2.300 bilion tahun yang lalu) suasana bergantung sepenuhnya kepada kesan rumah hijau.
Pakar perubahan iklim pernah menganggap ammonia sebagai gas rumah hijau yang memerangkap haba di atmosfera awal, kerana ia merupakan gas rumah hijau yang kuat. Walau bagaimanapun, dengan ketiadaan oksigen atmosfera, sinaran ultraungu matahari dengan cepat memusnahkan ammonia, jadi metana menjadi gas rumah hijau yang dominan. Proses ini serupa dengan apa yang berlaku di bandar-bandar yang diancam oleh pemanasan global.
Selain sumbangan haba atmosfera dan kesan rumah hijau, kita juga mempunyai CO2. Pada masa itu, kepekatannya jauh lebih rendah , itulah sebabnya ia tidak mungkin menjadi punca kesan rumah hijau. CO2 hanya dipancarkan ke atmosfera secara semula jadi, melalui gunung berapi.
Gunung berapi mengeluarkan CO2 dan hidrogen
Peranan metana dan kabut yang menyejukkan planet ini
Peranan metana dalam mengawal iklim awal bermula kira-kira 3.500 bilion tahun yang lalu, apabila metanogen mensintesis gas metana sebagai produk sisa di lautan. Gas ini memerangkap haba Matahari merentasi kawasan spektrum elektromagnet yang luas. Ia juga membenarkan sinaran ultraungu melaluinya, dan faktor-faktor ini, digabungkan dengan CO2 sedia ada, membantu mengekalkan suhu yang boleh didiami di planet ini.
Metanogen berkembang maju pada suhu yang lebih tinggi. Apabila suhu meningkat, kitaran air juga meningkat, mempercepatkan hakisan batuan. Proses hakisan ini menyingkirkan CO2 dari atmosfera, akhirnya membawa kepada penumpuan kepekatan metana dan CO2.
Kimia atmosfera menyebabkan molekul metana berpolimerisasi (membentuk rantai molekul metana yang dihubungkan bersama) dan menghasilkan hidrokarbon kompleks. Hidrokarbon ini terkondensasi menjadi zarah yang, pada ketinggian yang tinggi, membentuk jerebu jingga. Awan debu organik ini mengatasi kesan rumah hijau dengan menyerap cahaya yang boleh dilihat daripada sinaran suria yang masuk dan memancarkannya semula ke angkasa lepas. Dengan cara ini, ia mengurangkan jumlah haba yang sampai ke permukaan planet dan menyumbang kepada penyejukan iklim dan memperlahankan pengeluaran metana.
Metanogen termofilik
Metanogen termofilik ialah metanogen yang hidup dalam julat suhu yang agak tinggi. Oleh itu, apabila asap hidrokarbon terbentuk, apabila suhu global menyejuk dan menurun, metanogen termofilik tidak dapat hidup dalam keadaan sedemikian. Dengan iklim yang lebih sejuk dan populasi metanogen termofilik yang semakin berkurangan, keadaan planet ini berubah. Perubahan ini penting untuk memahami kesan perubahan iklim terhadap kehidupan tumbuhan.
Atmosfera hanya dapat mengekalkan kepekatan metana yang begitu tinggi jika metana dihasilkan pada kadar yang setanding dengan kadar hari ini . Walau bagaimanapun, metanogen tidak menghasilkan metana sebanyak yang dihasilkan oleh manusia melalui aktiviti perindustrian kita.
Metanogen termofilik
Metanogen terutamanya memakan hidrogen dan CO2, menghasilkan metana sebagai produk sisa. Ada yang lain pula menggunakan asetat dan pelbagai sebatian lain yang terhasil daripada penguraian bahan organik secara anaerobik. Inilah sebabnya, hari ini, metanogen hanya hidup subur di dalam perut ruminan, kelodak di bawah sawah padi yang dibanjiri, dan persekitaran anoksik yang lain. Tetapi kerana atmosfera awal kekurangan oksigen, semua hidrogen yang dipancarkan oleh gunung berapi disimpan di lautan dan digunakan oleh metanogen, kerana tiada oksigen yang tersedia untuk mereka membentuk air.
Kabut kesan "anti rumah hijau"
Disebabkan oleh gelung maklum balas positif ini (suhu yang lebih tinggi, lebih banyak metanogen, lebih banyak metana, lebih banyak haba, lebih banyak suhu…), planet ini berubah daripada rumah panas yang begitu terik sehingga hanya mikroorganisma termofilik yang berjaya menyesuaikan diri dengan persekitaran baharu ini. Walau bagaimanapun, seperti yang saya nyatakan sebelum ini, jerebu terbentuk daripada hidrokarbon yang memesongkan sinaran ultraungu yang masuk, menyejukkan iklim . Ini memperlahankan penghasilan metana, dan suhu serta komposisi atmosfera mula stabil.
Jika kita membandingkan kabus dengan Titan, bulan terbesar Zuhal, kita dapat melihat bahawa ia juga mempunyai warna oren yang sama, sepadan dengan lapisan padat zarah hidrokarbon yang terbentuk apabila metana bertindak balas dengan cahaya matahari. Walau bagaimanapun, lapisan hidrokarbon itu menjadikan suhu permukaan Titan -179 darjah Celsius. Atmosfera ini lebih sejuk daripada yang pernah ada di Bumi sepanjang sejarahnya.
Sekiranya awan hidrokarbon Bumi mencapai ketumpatan yang dimiliki Titan, ia akan membelokkan cahaya matahari yang cukup untuk mengatasi kesan rumah hijau yang kuat dari metana. Seluruh permukaan planet akan beku, sehingga membunuh semua metanogen. Perbezaan antara Titan dan Bumi adalah bahawa bulan Saturnus ini tidak mempunyai CO2 atau air, sehingga metana menguap dengan mudah.
Titan, satelit terbesar Saturnus
Akhir zaman metana
Kabus yang terbentuk daripada metana tidak kekal selama-lamanya. Tiga zaman ais telah berlaku sejak Proterozoik, dan metana mungkin memberikan beberapa penjelasan mengapa ia berlaku. Dalam konteks ini, beberapa teori mencadangkan bahawa pemanasan global mungkin telah mempengaruhi perubahan ini.
Glasiasi pertama dipanggil glasiasi Huronian , dan di bawah batuan tertua yang terdapat di bawah mendapan glasiernya terdapat detritus uraninit dan pirit, dua mineral yang menunjukkan tahap oksigen atmosfera yang sangat rendah. Walau bagaimanapun, di atas lapisan glasier, batu pasir kemerahan yang mengandungi hematit, sejenis mineral yang terbentuk dalam persekitaran kaya oksigen, diperhatikan. Semua ini menunjukkan bahawa glasier Huronian berlaku tepat apabila tahap oksigen atmosfera mula meningkat mendadak buat kali pertama.
Dalam persekitaran baru ini semakin kaya dengan oksigen, metanogen dan organisma anaerobik lain yang pernah menguasai planet ini, secara beransur-ansur hilang atau dilihat semakin terbatas pada habitat yang lebih terhad. Sebenarnya, kepekatan metana akan tetap sama atau lebih tinggi daripada sekarang, jika tahap oksigen disimpan lebih rendah.
Ini menjelaskan mengapa, semasa Eon Proterozoik, tiada zaman ais di Bumi selama hampir 1.500 bilion tahun , walaupun Matahari masih agak lemah. Telah dispekulasikan bahawa peningkatan kedua oksigen atmosfera, atau sulfat terlarut, juga boleh mencetuskan zaman ais dengan mengurangkan kesan perlindungan metana.
Seperti yang anda lihat, atmosfera Bumi tidak selalu seperti sekarang. Kebetulan tanpa oksigen (molekul yang kita perlukan hari ini untuk hidup) dan di mana metana mengatur iklim dan menguasai planet ini. Di samping itu, setelah zaman es, kepekatan oksigen telah meningkat sehingga menjadi stabil dan sama dengan arus, sementara metana telah dikurangkan ke tempat yang lebih terhad. Pada masa ini, kepekatan metana meningkat disebabkan oleh pelepasan dari aktiviti manusia dan menyumbang kepada kesan rumah hijau dan perubahan iklim semasa.
