Това е втората поредица от пет части, написана от експерти, представена в новата зала на вкаменелостите на Smithsonian - Deep Time, откриване на 8 юни в Националния природонаучен музей. Пълната серия можете да намерите, като посетите нашия Специален доклад за Deep Time
Преди стотици милиони години масивни ледени шапки покриха земните континенти от брега до брега. Само върховете на планините на планетата стояха над леда, докато ледниците се приземиха и пробиха пътя си през основата и се навеждаха бавно към покритите със сняг равнини. Там, където ледниците срещнаха океаните, огромни блокове лед и скала се оттеглиха от ледниците и се спуснаха в морето. Животът, предимно водорасли, цианобактерии и други бактерии, някак си се запази в малките джобове без лед на океанска вода. Подобно на ледената планета в далечна Слънчева система, Земята през своите формиращи години, юношеска фаза, известна като „Снежна топка“ Земята, беше далеч по-различно място от предимно синята планета днес.
Драматичните промени в климата на Земята отдавна очароваха геолозите. Геоучените изучават периоди, когато Земята е коренно различна от днешната, за да научат за скоростта и времето на климатичните промени. Мистиката на планета, почти изцяло покрита с лед, толкова неузнаваема за нас днес, е очевидна. Непрекъснатата двусмисленост на познаването само на част от историята на Земята - история, чието мастило все повече избледнява с времето, когато оригиналните геоложки слоеве се рециклират, за да се образуват нови - създава постоянен цикъл от нови открития, тъй като доказателствата са итеративно сплетени заедно.
В основата на разгадаването на мистерията на историята на нашата планета стои въпросът: как работи Земята? Фосилните записи сочат двупосочни взаимодействия между живота и земните системи. Тези взаимодействия се управляват от въглеродния цикъл, деликатна планетарна машина, която определя климата на Земята. В крайна сметка, за да разберем как работи въглеродният цикъл на Земята, е да оценим човешкото влияние, което в момента влияе върху него: Въпреки двусмислието в миналото, настоящата ни траектория е еднозначно сигурна.
Последният път, когато се е случила Снежна топка, е преди 640 милиона години, по време на период, известен като Криогениан. По това време сложният живот все още не се беше развил, така че е трудно да се знае каква част от живота загина под негостоприемния лед. След около десет милиона години ледът започва да се оттегля, снабдявайки океаните с изобилни хранителни вещества за живот. Този постледников океански бюфет съвпада с първите изкопаеми доказателства за гъби и по този начин може да е спомогнал за появата на първите животни. Въз основа на малкото останали слоеве от древно морско дъно учените смятат, че планетата е била почти изцяло замръзнала, не само веднъж, а многократно в ранните си години.
За разлика от това, други периоди от историята на Земята са били изключително топли. Преди петдесет и два милиона години, по време на еоцена, буйни мега-гори от блатен кипарис и червено дърво в зората заеха това, което сега е арктическият кръг, а първите животни, които бихме разпознали като бозайници, се появиха в записа на фосилите. Периоди като еоцена често са наричани "парникови" Земя, тъй като е известно, че съвпадат с високите нива на въглероден диоксид в атмосферата.
Подобно на Златилочките, търсещи кашата, която е точно подходящата температура, климатът на Земята многократно се е пробвал от крайностите.
Въпреки че понятието за превключване между планети с лед или заразени с блато може да звучи страховито, такива големи промени в климата са настъпили в продължение на десетки милиони години, давайки на живот достатъчно време за разработване на нови стратегии за успех. Тези бавни преходи от оранжерийния към ледения климат са резултат от фините промени в геоложкия въглероден цикъл на Земята.
В цялата история на Земята вулканите непрекъснато са излъчвали въглерод, съхраняван дълбоко във вътрешността на Земята в отговор на изместващите се тектонски плочи. Въглеродният диоксид (CO2) от масив от изригващи вулкани се наводнява в атмосферата, където се разтваря в дъждовна вода и пада обратно на Земята. Тъй като дъждовната вода прониква през почвата, тя разтваря скалата, прибирайки калций по пътя. Речните системи след това доставят калция и CO2 в океана и когато калциевият карбонат или варовик се утаява, често благодарение на калциращи организми като корали и мекотели, CO2 най-накрая се заключва.
В някои отношения въглеродният цикъл прилича малко на отопление на дом със счупен термостат: Когато пещта отделя твърде много топлина или CO2, прозорците могат да бъдат отворени, за да охладят дома. За въглеродния цикъл увеличаването на активността на вулканите загрява планетата, което се балансира от увеличаване на скалното изветряне в почвите, преместване на повече калций и CO2 в океаните, за да образува варовик и създава отрицателна обратна връзка, която поддържа атмосферните нива на CO2 стабилни, и като разширение, температурата на планетата, в проверка. Това влечение между пещта или глобалните емисии на CO2 и прозорците или изветрянето на скалите до голяма степен определя състоянието на климата на Земята. Лесно е да се видят вулкани като коварни участници в тази климатична влекач; обаче безплътно и неотговорно скално изветряне в почвите може да бъде също толкова злобно.
Парата и други газове, като въглероден диоксид, изтичат от земята близо до вулкан в Исландия. Въпреки че растенията поемат въглероден диоксид, над милиона години отслабването на голяма част от този въглерод се връща в атмосферата, така че вулканите са действали като нетен източник на атмосферен въглероден диоксид през цялата земна история. (Кейт Махер) Чудото е, че почвите на планетата са доста умели при отваряне и затваряне на прозорци, ако им се даде достатъчно време. Средно продължителността на живота на въглеродна молекула в системата океан-атмосфера е около 300 000 години и по този начин в часови диапазони за милиони години Земята се балансира най-вече от отворените прозорци.
Въпреки това, климатичните катастрофи са се случвали много пъти в историята на Земята, често съвпадащи с големи масови изчезвания. Разкриването на виновника зад тези катастрофални събития е трудно. Понякога прекомерните вулканични емисии подозрително съвпадат с големи катаклизми в въглеродния цикъл.
В края на Пермията, преди 251 милиона години, сибирските капани изригнаха върху въглищните корита на сегашния Сибир, отделяйки толкова въглерод, че глобалното затопляне и подкиселяването на океана със сигурност играят роля в най-голямото изчезване на морските води. В края на пермското масово изчезване 90 процента от морските видове изчезнаха, след което бавно, в продължение на милиони години, въглеродният баланс се възстановява и животът се възстановява. Животът изглеждаше по-различно от преди, с първата поява на ихтиозаври и склерактински корали.
Изложбата „Фосилна зала - дълбоко време“ на Смитсониан се открива на 8 юни 2019 г. (Smithsonian.com) Съблазнително е да разгледаме историята на Земята като една от катастрофални катаклизми, последвани от установяването на нови и все по-сложни форми на живот. Това е вярно, но може би по-чудотворна история е как два на пръв поглед разминаващи се актьори, излъчващи CO2 вулкани и континуумът почвата-река-океан, който връща CO2 във вътрешността на Земята, успяват да запазят климата на Земята предимно обитаем за милиарди години. Прогнозите за изкопаеми почви и растения, както и от морските находища сочат, че поне през последните 600 милиона години атмосферните нива на CO2 са били в рамките на пет пъти преди индустриалните нива.
За сравнение, най-песимистичният сценарий, предложен от Междуправителствения комитет по изменението на климата (IPCC), предполага, че атмосферните нива на CO2 могат да се доближат до 3, 5 до 5 пъти прединдустриални стойности до 2100 година, нива, които не се наблюдават след края на пермското масово измиране. За да се каже това перспективно, хората сега отделят CO2 със скорост, която е около 68 пъти по-висока от скоростта, която може да бъде върната на твърдата Земя чрез океаните. Понастоящем не е известен начин за увеличаване на преноса на въглерод от почви и реки с повече от няколко процента, така че да бъдат необходими стотици хиляди години, за да се отстрани излишъкът от CO2 от системата океан-атмосфера. Освен това, поради промените в използването на земята и нарастването на населението, ние бавно прекъсваме почвите, реките и екосистемите, които работят съвместно за пренасяне на CO2 от атмосферата в океаните и в крайна сметка до варовика.
Лесно е да разгледате необятните сини океани, буйните зелени гори, нежните пустини и заснежените върхове през лещата на земната история и да заключите, че Земята ще се погрижи за себе си. Реалността е, че Земята никога не е виждала геоложки агент толкова бърз и безмилостен като хората. Въпреки че Земята изглежда далеч по-различна, отколкото преди, уроците от историята на Земята все още се прилагат: Ние загряваме топлината далеч по-бързо, отколкото Земята може да отвори прозорците.
