Jest to druga z pięcioczęściowej serii artykułów napisanych przez ekspertów w nowej Smithsonian Hall of Fossils — Deep Time, wystawa otwarta 8 czerwca w Narodowym Muzeum Historii Naturalnej. Pełną serię można znaleźć, odwiedzając nasz raport specjalny Deep Time
Setki milionów lat temu masywne pokrywy lodowe otaczały kontynenty od wybrzeża do wybrzeża. Tylko szczyty gór tej planety stały nad lodem, gdy lodowce mielą się i przedzierają się przez skałę, meandrując powoli w kierunku pokrytych śniegiem równin. Tam, gdzie lodowce zetknęły się z oceanami, ogromne bloki lodu i skał wydobywały się z lodowców i opadały do morza. Życie, głównie glony, sinice i inne bakterie, jakoś przetrwały w małych, pozbawionych lodu kieszeniach wody oceanicznej. Podobnie jak lodowa planeta w odległym Układzie Słonecznym, Ziemia w latach jej powstawania, faza młodości znana jako Ziemia „Śnieżka”, była znacznie innym miejscem niż dzisiejsza niebieska planeta.
Dramatyczne zmiany klimatu na Ziemi od dawna fascynują geologów. Geolodzy badają okresy, w których Ziemia zasadniczo różniła się od dzisiejszych, aby dowiedzieć się o tempie i czasie zmian klimatu. Tajemnica planety prawie całkowicie pokrytej lodem, tak dziś dla nas nie do poznania, jest oczywista. Nieustanna dwuznaczność poznania tylko części historii Ziemi - historii, której atrament coraz bardziej zanika wraz z upływem czasu, gdy oryginalne warstwy geologiczne są przetwarzane w celu utworzenia nowych - tworzy ciągły cykl nowych odkryć, ponieważ dowody są iteracyjnie splecione.
U podstaw odkrycia tajemnicy historii naszej planety leży pytanie: jak działa Ziemia? Zapisy kopalne wskazują na dwukierunkowe interakcje między życiem a systemami ziemskimi. Te interakcje są regulowane przez cykl węglowy, delikatną maszynę w skali planetarnej, która determinuje klimat Ziemi. Ostatecznie, aby zrozumieć, jak działa ziemski cykl węglowy, należy docenić wpływ człowieka, który na niego obecnie wpływa: pomimo niejasności przeszłości nasza obecna trajektoria jest wyjątkowo pewna.
Ostatni raz, kiedy zdarzyła się Śnieżna Ziemia, miało miejsce 640 milionów lat temu, w okresie znanym jako Kriogen. W tym czasie złożone życie jeszcze się nie rozwinęło, więc trudno jest ustalić, jaka część życia zginęła pod niegościnnym lodem. Po około dziesięciu milionach lat lód zaczął się cofać, dostarczając oceanom obfitych składników odżywczych na całe życie. Ten polodowcowy bufet oceaniczny pokrywa się z pierwszymi kopalnymi dowodami na gąbki, a zatem mógł sprzyjać pojawianiu się pierwszych zwierząt. Opierając się na kilku pozostałych warstwach starożytnego dna morskiego, naukowcy sądzą, że planeta została prawie całkowicie zamrożona, nie tylko raz, ale wiele razy we wczesnych latach.
Natomiast inne okresy w historii Ziemi były wyjątkowo ciepłe. Pięćdziesiąt dwa miliony lat temu, podczas eocenu, bujne mega-lasy cyprysów bagiennych i sekwoi świtu zajmowały to, co obecnie jest kołem podbiegunowym, a pierwsze zapisy, które uznalibyśmy za ssaki, pojawiły się w zapisie kopalnym. Okresy takie jak eocen są często nazywane Ziemią „Szklarniową”, ponieważ wiadomo, że pokrywają się one z wysokim poziomem dwutlenku węgla w atmosferze.
Podobnie jak Goldilocks poszukujący owsianki o odpowiedniej temperaturze, klimat Ziemi wielokrotnie pobierał próbki z ekstremów.
Chociaż pomysł przełączania się między planetami pokrytymi lodem lub zarażonymi mokradłami może wydawać się budzący grozę, tak znaczące zmiany klimatu miały miejsce w ciągu dziesiątek milionów lat, dając życiu mnóstwo czasu ewolucyjnego na opracowanie nowych strategii sukcesu. Te powolne przejścia z klimatów cieplarnianych do lodowych są wynikiem subtelnych zmian w geologicznym obiegu węgla na Ziemi.
W całej historii Ziemi wulkany stale odprowadzały węgiel zgromadzony głęboko we wnętrzu Ziemi w odpowiedzi na przesuwające się płyty tektoniczne. Dwutlenek węgla (CO2) z szeregu odbijających się wulkanów wpada do atmosfery, gdzie rozpuszcza się w wodzie deszczowej i spada na Ziemię. Gdy woda deszczowa przenika przez glebę, rozpuszcza skałę, zbierając po drodze wapń. Systemy rzeczne następnie dostarczają wapń i CO2 do oceanu, a kiedy węglan wapnia lub wapień wytrąca się, często dzięki organizmom zwapniającym, takim jak koralowce i mięczaki, CO2 zostaje ostatecznie zablokowany.
Pod pewnymi względami cykl węglowy przypomina trochę ogrzewanie domu z uszkodzonym termostatem: gdy piec wydziela zbyt dużo ciepła lub CO2, można otworzyć okna, aby schłodzić dom. W przypadku cyklu węglowego wzrost aktywności wulkanów ogrzewa planetę, co równoważy wzrost warunków atmosferycznych skał w glebach, przenoszenie większej ilości wapnia i CO2 do oceanów w celu utworzenia wapienia i wytwarzanie ujemnego sprzężenia zwrotnego, które utrzymuje stały poziom CO2 w atmosferze, a co za tym idzie, temperatura planety. Przeciąganie liny między piecem lub globalna emisja CO2, a oknami lub wietrzenie skał w dużej mierze determinuje stan klimatu na Ziemi. Łatwo jest dostrzec wulkany jako nikczemnych aktorów w tym przeciąganiu liny; jednak apatyczne i niereagujące wietrzenie skał w glebie może być równie nikczemne.
Para i inne gazy, takie jak dwutlenek węgla, sączy się z ziemi w pobliżu wulkanu na Islandii. Mimo że rośliny pochłaniają dwutlenek węgla, ponad milion lat temu znaczna część tego węgla wraca do atmosfery, tak że wulkany działały jako źródło netto atmosferycznego dwutlenku węgla w całej historii Ziemi. (Kate Maher) Cudem jest, że gleby planety są w większości dość biegłe w otwieraniu i zamykaniu okien, jeśli ma wystarczająco dużo czasu. Średnio czas życia cząsteczki węgla w układzie ocean-atmosfera wynosi około 300 000 lat, a zatem w milionach lat, Ziemia jest w większości zrównoważona przez otwarte okna.
Niemniej katastrofy klimatyczne zdarzały się wiele razy w historii Ziemi, często zbiegając się z masowymi wyginięciami. Odkrywanie sprawcy tych katastrofalnych wydarzeń jest trudne. Czasami nadmierne emisje wulkaniczne podejrzanie zbiegają się z poważnymi wstrząsami w cyklu węglowym.
Pod koniec permu, 251 milionów lat temu, Syberyjskie Pułapki wybuchły na pokładach węgla dzisiejszej Syberii, uwalniając tyle węgla, że globalne ocieplenie i zakwaszenie oceanów z pewnością odegrało rolę w największym z wymarłych obszarów morskich. Po masowym wyginięciu na końcu permu 90% gatunków morskich wyginęło, a następnie powoli, w ciągu milionów lat, przywrócono bilans węglowy i odzyskano życie. Życie wyglądało inaczej niż wcześniej, z pierwszym pojawieniem się ichtiozaurów i koralowców skleraktycznych.
Wystawa Smithsona „Fossil Hall — Deep Time” rozpoczyna się 8 czerwca 2019 r. (Smithsonian.com) Kuszące jest postrzeganie historii Ziemi jako katastrofalnego wstrząsu, po którym następuje ustanowienie nowych i coraz bardziej złożonych form życia. To prawda, ale być może bardziej cudowną historią jest to, jak dwóm pozornie odmiennym aktorom, wulkanom emitującym CO2 i kontinuum gleba-rzeka-ocean, które zwracają CO2 do wnętrza Ziemi, udało się utrzymać klimat Ziemi głównie nadający się do zamieszkania przez miliardy lat. Szacunki z gleb kopalnych i roślin, a także ze złóż morskich, sugerują, że przez co najmniej ostatnie 600 milionów lat poziomy CO2 w atmosferze były w większości pięciokrotnie wyższe niż przedindustrialne.
Dla porównania, najbardziej pesymistyczny scenariusz przedstawiony przez Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu (IPCC) sugeruje, że poziomy CO2 w atmosferze mogą zbliżyć się do wartości 3, 5–5-krotności wartości sprzed epoki przemysłowej do 2100 r., Poziomów niespotykanych od czasu masowego wyginięcia w permie. Mówiąc inaczej, ludzie emitują teraz CO2 w tempie około 68-krotnym w stosunku do prędkości, jaką mogą być zwracane do stałej Ziemi przez oceany. Obecnie nie jest znany sposób na zwiększenie transferu węgla przez gleby i rzeki o więcej niż kilka procent, tak że usunięcie nadmiaru CO2 z układu ocean-atmosfera zajmie setki tysięcy lat. Ponadto, ze względu na zmiany użytkowania gruntów i wzrost liczby ludności, powoli zewrzyjmy gleby, rzeki i ekosystemy, które wspólnie działają w celu przeniesienia CO2 z atmosfery do oceanów, a ostatecznie do wapienia.
Łatwo jest patrzeć na rozległe błękitne oceany, bujne zielone lasy, delikatne pustynie i zaśnieżone szczyty przez pryzmat historii Ziemi i stwierdzić, że Ziemia sama się o siebie zatroszczy. Rzeczywistość jest taka, że Ziemia nigdy nie widziała agenta geologicznego tak szybko i bezlitośnie jak ludzie. Chociaż Ziemia wygląda teraz znacznie inaczej niż w przeszłości, wnioski z historii Ziemi wciąż obowiązują: Podkręcamy ciepło znacznie szybciej niż Ziemia może otworzyć okna.
