La preistoria del cambiamento climatico. Quando il metano regolava il tempo

metano dell'atmosfera primitiva

È sempre stato detto così cambiamento climatico è relativamente moderno, causato principalmente da grandi emissioni di gas serra nell'atmosfera, come metano e CO2, dagli esseri umani sin dalla rivoluzione industriale. Tuttavia, cosa penseresti se ti dicessi che nel corso dei miliardi di anni dalla formazione della Terra ci sono stati altri cambiamenti climatici?

L'atmosfera terrestre non è sempre stata la stessa di oggi. È stato attraverso molti tipi di composizioni. Qual è la preistoria del cambiamento climatico?

Quando il metano regolava il tempo

Circa 2.300 miliardi di anni fa, strani microrganismi diedero nuova vita all'allora "giovane" pianeta Terra. Si tratta di cianobatteri. Hanno riempito il pianeta di aria. Tuttavia, si ritiene che molto prima di questo momento, un altro gruppo di organismi unicellulari popolasse il pianeta e avrebbe potuto renderlo abitabile. Parliamo di metanogeni.

I metanogeni sono organismi unicellulari che possono sopravvivere solo in condizioni in cui non c'è ossigeno e sintetizzano il metano durante il loro metabolismo come prodotto di scarto. Oggi possiamo trovare metanogeni solo in luoghi come gli intestini dei ruminanti, il fondo dei sedimenti e altri luoghi del pianeta dove l'ossigeno non esiste.

metano

Molecola di metano

Come sappiamo, il metano è un gas serra quello trattiene 23 volte più calore dell'anidride carbonica, quindi c'è l'ipotesi che per i primi due miliardi di anni del pianeta Terra, regnassero i metanogeni. Il metano sintetizzato da questi organismi ha causato un effetto serra con enormi ripercussioni sul clima dell'intero pianeta.

Oggi il metano persiste nell'atmosfera solo per circa 10 anni, a causa della presenza di ossigeno. Tuttavia, se l'atmosfera terrestre fosse priva di molecole di ossigeno, il metano potrebbe persistere per circa 10.000 anni. A quel tempo, la luce solare non era così forte come lo è ora, quindi la quantità di radiazione che raggiunge la superficie terrestre e quindi riscalda il pianeta, era molto inferiore. Ecco perché, per aumentare la temperatura del pianeta e creare un ambiente abitabile, il metano era necessario per intrappolare il calore.

Effetto serra di un'atmosfera primitiva

Quando la Terra si è formata circa 4.600 miliardi di anni fa, il Sole emetteva una luminosità equivalente al 70% di quella che fa oggi. Ecco perché, prima della prima era glaciale (circa 2.300 miliardi di anni fa) l'atmosfera dipendeva interamente dall'effetto serra.

Hanno pensato gli specialisti del cambiamento climatico in ammoniaca come il gas serra che trattiene il calore nell'atmosfera primitiva, poiché si tratta di un potente gas serra. Tuttavia, in assenza di ossigeno atmosferico, la radiazione ultravioletta del Sole distrugge rapidamente l'ammoniaca, rendendo il metano il gas predominante all'epoca.

Al contributo del calore nell'atmosfera e all'effetto serra aggiungiamo anche CO2. A quel punto la sua concentrazione era molto più bassa, ecco perché non può essere la causa dell'effetto serra. La CO2 veniva emessa nell'atmosfera solo naturalmente, attraverso i vulcani.

volcanes

I vulcani emanavano CO2 e idrogeno

Il ruolo del metano e della nebbia che hanno raffreddato il pianeta

Il ruolo del metano nella regolazione del clima primordiale è iniziato circa 3.500 miliardi di anni fa, quando i metanogeni sintetizzavano il gas metano negli oceani come prodotto di scarto. Questo gas ha intrappolato il calore del Sole su un'ampia regione dello spettro elettromagnetico. Permetteva anche il passaggio della radiazione ultravioletta, quindi tra questi fattori aggiunti alla CO2 esistente, hanno mantenuto il pianeta a una temperatura abitabile.

I metanogeni sono sopravvissuti meglio a temperature più elevate. Con l'intensificarsi delle temperature, aumentarono anche il ciclo dell'acqua e l'erosione delle rocce. Questo processo di erosione delle rocce, estrae CO2 dall'atmosfera. Così tanto la concentrazione di metano e quella di CO2 nell'atmosfera sono diventate uguali.

oceani primitivi

La chimica dell'atmosfera ha indotto le molecole di metano a polimerizzare (formare catene di molecole di metano legate insieme) e formare idrocarburi complessi. Questi idrocarburi si sono condensati in particelle che, ad alta quota, formavano una nebbia arancione.  Questa nuvola di polvere organica ha compensato l'effetto serra assorbendo la luce visibile dalla radiazione solare incidente e rilasciandola nello spazio. In questo modo, ha ridotto la quantità di calore che raggiunge la superficie del pianeta e ha contribuito a raffreddare il clima e rallentare la produzione di metano.

Metanogeni termofili

I metanogeni termofili sono quelli che sopravvivono a temperature abbastanza elevate. Per questo motivo, quando si è formata la nebbia di idrocarburi, con il raffreddamento e la diminuzione delle temperature globali, i metanogeni termofili non potevano sopravvivere a tali condizioni. Con un clima più freddo e una popolazione metanogena termofila dannosa, le condizioni del pianeta sono cambiate.

L'atmosfera avrebbe potuto mantenere le concentrazioni di metano così alte solo se fosse metano sarebbe stato generato a velocità paragonabili a quelle attuali. Tuttavia, i metanogeni non hanno generato tanto metano quanto gli esseri umani nelle nostre attività industriali.

metanogeni

Metanogeni termofili

I metanogeni si nutrono fondamentalmente di idrogeno e CO2, generando metano come prodotto di scarto. Alcuni altri consumano acetato e vari altri composti dalla degradazione anaerobica della materia organica. Ecco perché, oggi, i metanogeni Crescono solo nello stomaco dei ruminanti, il limo che è alla base delle risaie allagate e di altri ambienti anossici. Ma poiché l'atmosfera primitiva era priva di ossigeno, tutto l'idrogeno emesso dai vulcani era immagazzinato negli oceani ed era usato dai metanogeni, poiché non aveva ossigeno a sua disposizione per formare l'acqua.

Nebbia ad effetto "anti serra"

A causa di questo ciclo di feedback positivo (temperatura più alta, più metanogeni, più metano, più calore, più temperatura ...) il pianeta è diventato una serra così calda che solo i microrganismi termofili sono riusciti ad adattarsi a questo nuovo ambiente. Tuttavia, come ho detto prima, si è formata una nebbia da idrocarburi che hanno portato via la radiazione ultravioletta incidente rendendo il clima fresco. In questo modo, la produzione di metano è stata interrotta e le temperature e la composizione atmosferica avrebbero iniziato a stabilizzarsi.

nebbia di idrocarburi

Se confrontiamo le nebbie con quella di Titano, il più grande satellite di Saturno, vediamo che ha anche lo stesso caratteristico colore arancione corrispondente allo strato denso di particelle di idrocarburi, che si forma quando il metano reagisce con la luce solare. Tuttavia, quello strato di idrocarburi rende la superficie di Titano a -179 gradi Celsius. Questa atmosfera è più fredda del pianeta Terra in tutta la sua storia.

Se la nube di idrocarburi della Terra avesse raggiunto la densità di Titano, avrebbe deviato abbastanza luce solare per contrastare il potente effetto serra del metano. L'intera superficie del pianeta si sarebbe congelata, uccidendo così tutti i metanogeni. La differenza tra Titano e la Terra è che questa luna di Saturno non ha né CO2 né acqua, quindi il metano evapora facilmente.

titano

Titano, il più grande satellite di Saturno

La fine dell'era del metano

La nebbia che si è formata dal metano non è durata per sempre. Ci sono state tre glaciazioni da quando il proterozoico e il metano possono spiegare perché si sono verificate.

La prima glaciazione è chiamata glaciazione Huroniana e sotto le rocce più antiche rinvenute sotto i suoi depositi glaciali ci sono detriti di uraninite e pirite, due minerali che indicano un livello molto basso di ossigeno atmosferico. Tuttavia, sopra gli strati glaciali, si osserva un'arenaria rossastra che contiene ematite, un minerale che si forma in ambienti ricchi di ossigeno. Tutto ciò indica che la glaciazione huroniana si è verificata proprio quando i livelli di ossigeno atmosferico hanno iniziato a salire alle stelle.

In questo nuovo ambiente sempre più ricco di ossigeno, metanogeni e altri organismi anaerobici che un tempo dominavano il pianeta, gradualmente scomparvero o furono visti sempre più confinati in habitat più ristretti. Infatti, la concentrazione di metano sarebbe rimasta la stessa o superiore a quella odierna, se i livelli di ossigeno fossero stati mantenuti più bassi.

glaciazione

Questo spiega perché sulla Terra, durante il Proterozoico, non ci sono state glaciazioni per quasi 1.500 miliardi di anni, anche se il Sole era ancora piuttosto debole. È stata ipotizzata la possibilità che un secondo aumento dell'ossigeno atmosferico, o del solfato disciolto, avrebbe anche innescato episodi di glaciazione, riducendo l'effetto protettivo del metano.

Come puoi vedere, l'atmosfera terrestre non è sempre stata quella di oggi. Capitava che fosse privo di ossigeno (una molecola di cui abbiamo bisogno oggi per vivere) e dove il metano regolava il clima e dominava il pianeta. Inoltre, dopo le ere glaciali, la concentrazione di ossigeno è aumentata fino a diventare stabile e uguale a quella attuale, mentre il metano è stato ridotto a posti più ristretti. Attualmente, la concentrazione di metano è in aumento a causa delle emissioni delle attività umane e contribuisce all'effetto serra e all'attuale cambiamento climatico.


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