Credito d'immagine: Stanford
Se una macchina del tempo potesse riportarci indietro di 4,6 miliardi di anni alla nascita della Terra, vedremmo il nostro sole splendere dal 20 al 25 percento in meno brillantemente di oggi. Senza una serra terrena per intrappolare l'energia del sole e riscaldare l'atmosfera, il nostro mondo sarebbe una palla di ghiaccio che gira. La vita potrebbe non essersi mai evoluta.
Ma la vita si è evoluta, quindi i gas serra devono essere stati in giro per riscaldare la Terra. Le prove della documentazione geologica indicano un'abbondanza di anidride carbonica dei gas serra. Probabilmente era presente anche il metano, ma quel gas serra non lascia abbastanza di un'impronta geologica da rilevare con certezza. L'ossigeno molecolare non esisteva, indicano le rocce dell'epoca, che contengono carbonato di ferro anziché ossido di ferro. Le impronte digitali di pietra di corsi d'acqua fluenti, oceani liquidi e minerali formati dall'evaporazione confermano che 3 miliardi di anni fa, la Terra era abbastanza calda per l'acqua liquida.
Ora, la documentazione geologica rivelata in alcune delle rocce più antiche della Terra racconta una storia sorprendente del crollo di quella serra - e della sua successiva rigenerazione. Ma ancora più sorprendente, affermano gli scienziati di Stanford che riportano questi risultati nel numero del 25 maggio della rivista Geology, è il ruolo critico che le rocce hanno giocato nell'evoluzione della prima atmosfera.
"Questa è davvero la prima volta che proviamo a mettere insieme un quadro di come l'atmosfera precoce, il clima precoce e l'evoluzione dei primi continenti siano andati di pari passo", ha affermato Donald R. Lowe, professore di scienze geologiche e ambientali che ha scritto il articolo con Michael M. Tice, uno studente laureato che studia la prima infanzia. Il programma Exobiology della NASA ha finanziato il loro lavoro. "Nel passato geologico, il clima e l'atmosfera erano davvero profondamente influenzati dallo sviluppo dei continenti."
Il record tra le rocce
Per mettere insieme gli indizi geologici su come fosse la prima atmosfera e su come si è evoluta, Lowe, un geologo di campo, ha trascorso praticamente ogni estate dal 1977 in Sudafrica o Australia occidentale a raccogliere rocce che sono, letteralmente, più vecchie delle colline. Alcune delle rocce più antiche della Terra hanno tra i 3,2 e i 3,5 miliardi di anni.
"Più vai indietro, in genere, più è difficile trovare un disco fedele, rocce che non sono state contorte, schiacciate, metamorfizzate e altrimenti alterate", afferma Lowe. "Stiamo guardando indietro per quanto riguarda il record sedimentario".
Dopo aver misurato e mappato le rocce, Lowe riporta campioni a Stanford per tagliarli in sezioni così sottili che le loro caratteristiche possono essere rivelate al microscopio. I collaboratori partecipano alle analisi geochimiche e isotopiche e alla modellizzazione computerizzata che rivelano ulteriormente la storia delle rocce.
La documentazione geologica racconta una storia in cui i continenti hanno rimosso l'anidride carbonica dei gas serra da una prima atmosfera che potrebbe essere stata calda fino a 70 gradi Celsius (158 F). In quel momento la Terra era principalmente oceano. Faceva troppo caldo per avere qualsiasi calotta polare. Lowe ipotizza che la pioggia combinata con l'anidride carbonica atmosferica produca acido carbonico, che ha resistito alle montagne sporgenti di crosta continentale di nuova formazione. L'acido carbonico si è dissociato per formare ioni idrogeno, che si sono fatti strada nelle strutture dei minerali agenti atmosferici e bicarbonato, che è stato trasportato lungo fiumi e corsi d'acqua per essere depositato come calcare e altri minerali nei sedimenti oceanici.
Nel corso del tempo, grandi lastre di crosta oceanica furono abbattute o sottratte al mantello terrestre. Il carbonio che è stato bloccato in questa crosta è stato essenzialmente perso, legato per 60 milioni di anni o così che i minerali hanno impiegato per essere riciclati in superficie o sottoposti a degassificazione attraverso i vulcani.
La calda atmosfera iniziale probabilmente conteneva anche metano, dice Lowe. Poiché i livelli di biossido di carbonio sono diminuiti a causa degli agenti atmosferici, a un certo punto, i livelli di biossido di carbonio e metano sono diventati quasi uguali, congetture. Ciò causò l'aerosol del metano in particelle fini, creando una foschia simile a quella che oggi è presente nell'atmosfera della luna di Saturno, Titano. Questo "effetto titano" si è verificato sulla Terra da 2,7 a 2,8 miliardi di anni fa.
L'effetto Titano rimuoveva il metano dall'atmosfera e la foschia filtrava la luce; entrambi causarono un ulteriore raffreddamento, forse un calo di temperatura da 40 a 50 gradi Celsius. Alla fine, circa 3 miliardi di anni fa, la serra è appena crollata, Lowe e Tice teorizzano e la prima glaciazione della Terra potrebbe essere avvenuta 2,9 miliardi di anni fa.
L'ascesa dopo la caduta
Qui le rocce rivelano una strana svolta nella storia: l'eventuale rigenerazione della serra. Ricordiamo che 3 miliardi di anni fa, la Terra era essenzialmente Waterworld. Non c'erano piante o animali che influenzassero l'atmosfera. Persino le alghe non si sono ancora evolute. I microbi fotosintetici primitivi erano in circolazione e potrebbero aver avuto un ruolo nella generazione di metano e nell'uso minore di anidride carbonica.
Fintanto che continuarono le rapide intemperie continentali, il carbonato fu depositato sulla crosta oceanica e sottratto a quella che Lowe chiama "una grande struttura di stoccaggio ... che teneva fuori gran parte dell'anidride carbonica dall'atmosfera".
Ma quando l'anidride carbonica fu rimossa dall'atmosfera e incorporata nella roccia, gli agenti atmosferici rallentarono: c'era meno acido carbonico per erodere le montagne e le montagne stavano diventando più basse. Ma i vulcani stavano ancora diffondendo nell'atmosfera grandi quantità di carbonio dalla crosta oceanica riciclata.
"Quindi alla fine il livello di biossido di carbonio sale di nuovo", afferma Lowe. "Potrebbe non tornare mai al suo glorioso livello di 70 gradi centigradi, ma probabilmente è salito per riscaldare di nuovo la Terra."
Quest'estate, Lowe e Tice raccoglieranno campioni che permetteranno loro di determinare la temperatura di questo intervallo di tempo, circa 2,6-2,7 miliardi di anni fa, per avere un'idea migliore di come ha fatto la Terra calda.
Nuovi continenti si formarono e sopravvissero, eliminando di nuovo l'anidride carbonica dall'atmosfera. Circa 3 miliardi di anni fa, forse il 10 o 15 percento dell'area attuale della Terra nella crosta continentale si era formata. 2,5 miliardi di anni fa si era formata un'enorme quantità di nuova crosta continentale, circa il 50-60 percento dell'attuale area di crosta continentale. Durante questo secondo ciclo, l'erosione della maggiore quantità di roccia ha causato un raffreddamento atmosferico ancora maggiore, provocando una profonda glaciazione da 2,3 a 2,4 miliardi di anni fa.
Negli ultimi milioni di anni abbiamo oscillato avanti e indietro tra epoche glaciali e interglaciali, dice Lowe. Siamo in un periodo interglaciale in questo momento. È una transizione - e gli scienziati stanno ancora cercando di capire l'entità del cambiamento climatico globale causato dagli umani nella storia recente rispetto a quello causato dai processi naturali nel corso dei secoli.
"Stiamo disturbando il sistema a tassi che superano di molto quelli che hanno caratterizzato i cambiamenti climatici in passato", ha detto Lowe. "Tuttavia, praticamente tutti gli esperimenti, praticamente tutte le variazioni e tutti i cambiamenti climatici che stiamo cercando di comprendere oggi sono già avvenuti in precedenza. La natura ha già fatto gran parte di questi esperimenti. Se siamo in grado di analizzare i climi antichi, le composizioni atmosferiche e l'interazione tra crosta, atmosfera, vita e clima nel passato geologico, possiamo fare alcuni primi passi per capire cosa sta succedendo oggi e probabilmente accadrà domani ”.
Fonte originale: Stanford News Release
