Парниковый эффект в экстремальной степени нагревал молодую Землю

Очень высокое содержание CO₂ в атмосфере может объяснить высокие температуры на еще молодой Земле три-четыре миллиарда лет назад. В то время наше Солнце светило с интенсивностью лишь 70–80% от нынешней. Тем не менее, климат на молодой Земле был, по-видимому, довольно теплым, поскольку ледникового льда почти не было. Это явление известно как «парадокс молодого слабого Солнца». Без эффективного парникового газа молодая Земля замерзла бы в ледяной глыбе. Споры о том, нагревали ли планету CO₂, метан или совершенно другой парниковый газ, продолжаются среди ученых.

Новое исследование доктора Даниэля Херварца из Кёльнского университета, профессора доктора Андреаса Пака из Гёттингенского университета и профессора доктора Торстена Нагеля из Орхусского университета (Дания) теперь предполагает, что высокий уровень CO₂ является правдоподобным объяснением. Это также решило бы другую геонаучную проблему: казалось бы, слишком высокие температуры океана. Статья «Парниковый эффект CO₂ эффективно нагревал раннюю Землю и снижал соотношение ¹⁸O/¹⁶O в морской воде до начала тектоники плит» опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Модели из нового исследования показывают, что высокий уровень CO₂ в атмосфере может дать объяснение, поскольку он также вызвал бы изменение состава океана. «Высокий уровень CO₂ объяснил бы сразу два явления: во-первых, теплый климат на Земле, и во-вторых, почему геотермометры, по-видимому, показывают горячую морскую воду. Принимая во внимание различное соотношение изотопов кислорода в морской воде, мы получили бы температуры ближе к 40°C», — сказал Даниэль Херварц. Авторы оценивают общее количество CO₂ примерно в один бар. Это как если бы вся сегодняшняя атмосфера состояла из CO₂.

«По сегодняшним меркам, один бар звучит как абсурдно большое количество. Однако взгляд на нашу соседнюю планету Венеру с её примерно 90 барами CO₂ позволяет взглянуть на вещи в перспективе», — пояснил Андреас Пак. На Земле CO₂ в конечном итоге удалялся из атмосферы и океана и накапливался в виде угля, нефти, газа, черных сланцев, а также в известняке. Однако молодая Земля была в основном покрыта океанами, и на ней почти не было континентов, поэтому емкость для хранения углерода была ограничена. «Это также объясняет с сегодняшней точки зрения огромный уровень CO₂ на молодой Земле. Ведь примерно три миллиарда лет назад тектоника плит и развитие массивов суши, в которых углерод мог храниться долгое время, только набирали обороты», — объяснил Торстен Нагель.

Для углеродного цикла начало тектоники плит изменило всё. Крупные массивы суши с горами обеспечили более быстрое силикатное выветривание, которое преобразовывало CO₂ в известняк. Кроме того, углерод эффективно захватывался в мантии Земли в процессе субдукции океанических плит. Тектоника плит, таким образом, вызвала резкое падение содержания CO₂ в атмосфере. «Более ранние исследования уже указывали на то, что содержание известняка в древних базальтах свидетельствует о резком падении уровня атмосферного CO₂. Это хорошо согласуется с увеличением изотопов кислорода в то же время. Всё указывает на то, что содержание CO₂ в атмосфере быстро снизилось после начала тектоники плит», — заключил Даниэль Херварц.