Wolken kunnen de sleutel vormen tot waarom de vroege aarde niet bevroor

Een paradox over het klimaat van de vroege aarde dat al bijna 50 jaar wetenschappers treft, kan een nieuwe oplossing bieden.

De zogenaamde 'jonge' zonparadox? voor het eerst voorgesteld door Carl Sagan en zijn collega George Mullen in 1972? verwijst naar het feit dat de aarde vloeibare oceanen had voor de eerste helft van zijn bestaan ​​van meer dan 4 miljard jaar, ondanks het feit dat de zon waarschijnlijk nog maar 70 procent zo helder was in zijn jeugd als nu.

Een lagere helderheid van de zon had de oceanen van de aarde bevroren moeten houden, maar er is voldoende bewijs in het geologische record van de aarde dat er vloeibaar water was? en leven ? op de planeet in die tijd.

In de afgelopen decennia hebben wetenschappers verschillende mogelijke mechanismen voorgesteld die de aarde misschien genoeg warm hebben gehouden om te voorkomen dat water bevriest tijdens de vroege geschiedenis van onze planeet? een periode die de Archaean wordt genoemd. Maar net wanneer wetenschappers denken dat ze de paradox hebben opgelost, bedenken andere onderzoekers alternatieve verklaringen of redenen waarom een ​​vorig voorstel niet werkt.

"Het blijft weer opduiken," zei atmosferische wetenschapper Jim Kasting van Penn State University, die zijn eigen verklaring voor de jonge zonparadox in de jaren tachtig en negentig naar voren bracht. Die verklaring betrof een broeikaseffect dat de planeet warm zou hebben gehouden? vergelijkbaar met het door mensen aangedreven effect dat de aarde vandaag opwarmt. De vroege kas, voor het eerst voorgesteld door andere wetenschappers in de jaren 1970, zou op een veel grotere schaal zijn geweest dan de huidige klimaatopwarming, met theoretische berekeningen die suggereren dat ongeveer 30 procent van de atmosfeer van de aarde in die tijd bestond uit koolstofdioxide. Ter vergelijking, vandaag, is de atmosfeer van de aarde ongeveer 0,038 procent koolstofdioxide.

Een krachtig broeikaseffect op de vroege aarde is "de voor de hand liggende oplossing" voor de paradox, zei Minik Rosing van de Universiteit van Kopenhagen in Denemarken. Rosing en zijn collega's hebben een nieuwe verklaring aangeboden voor de schijnbare paradox die is beschreven in het nummer van 1 april van het tijdschrift Nature.

Kooldioxide beperkingen

Om te zien wat koolstofdioxide (CO2) concentraties zijn mogelijk in de Archaean geweest, Rosing en zijn team analyseerden monsters van 3,8-miljard jaar oude bergrots van 's werelds oudste? sedimentaire gesteente, genaamd Isua, in het westen van Groenland.

De monsters bevatten kenmerken die "gestreepte ijzerformaties" (BIF's) worden genoemd en die zich in overvloed vormden toen de aarde jong was, maar niet sindsdien. Deze BIF's bevatten bepaalde ijzerrijke mineralen die aanwijzingen geven over de atmosferische omgeving waarin ze zijn ontstaan.

"De analyses van het CO2-gehalte in de atmosfeer, die kunnen worden afgeleid uit de eeuwenoude rots, laten zien dat de atmosfeer op dat moment maximaal één deel per duizend van dit broeikasgas bevatte. Dit was drie tot vier keer meer dan het CO2-gehalte van de atmosfeer vandaag, maar niet overal in het bereik van de 30 procent aandeel in de vroege aardse geschiedenis die tot nu toe de theoretische berekening was, "zei Rosing.

Dus Rosing en zijn collega's keken naar een andere weg die de paradox zou kunnen verklaren.

Alles over albedo

Een van de factoren die de temperatuur van de aarde gedeeltelijk bepaalt, is de hoeveelheid invallend zonlicht dat het aardoppervlak en de atmosfeer weerkaatsen naar de ruimte, het Albedo van de planeet genoemd. Verschillende soorten oppervlakken reflecteren of absorberen verschillende hoeveelheden licht? ijs is bijvoorbeeld sterk reflecterend, terwijl de open oceaan zeer absorberend is.

Rosing en zijn team keken naar twee mogelijke invloeden op het albedo van de vroege aarde: de hoeveelheid land op het aardoppervlak en de hoeveelheid bewolking in de atmosfeer.

Geologen hebben nog niet bepaald wanneer de continenten van de aarde voor het eerst zijn gevormd, maar radioactieve tracers in de hete rots van de aardmantel kunnen helpen bij het bepalen van de snelheid waarmee de korst van de planeet werd gevormd, waarbij werd gesuggereerd hoeveel land boven de oceanen was blootgesteld.

Rosing en zijn collega's suggereren dat er op de vroege aarde minder continentaal gebied was, en omdat oceanen meer zonlicht absorberen dan land, zou de albedo van de aarde iets lager zijn geweest, wat betekent dat het aardoppervlak iets meer zonlicht zou hebben geabsorbeerd dan nu .

Een groter effect zou de dunnere wolkenbedekking van de vroege aarde kunnen zijn geweest, waardoor meer zonlicht door de atmosfeer naar de oppervlakte kon komen.

"De reden voor het ontbreken van wolken [dekking] terug in de kindertijd van de aarde kan worden verklaard door het proces waardoor wolken zich vormen," zei Rosing.

De druppeltjes water waaruit de wolken bestaan, vormen zich door te minuscule deeltjes, de zogenaamde condensatie-kernen, waarvan vele chemische stoffen zijn die worden geproduceerd door algen en planten en die op dat moment niet op de aarde aanwezig waren.

Rosing en zijn team kwamen tot deze conclusie door het observeren van gebieden van de huidige oceaan met zeer weinig biologische activiteit en dunne wolkenbedekking, die "laat zien dat de wolken op die plaatsen anders zijn" en daarom waarschijnlijk hetzelfde waren voor de vroege aarde. .

Zijn er wolken ontstaan ​​die groter zijn geworden? zoals gebeurt wanneer condensatie kernen in de cloud laag zijn? die transparanter zijn voor zonlicht en dus meer door het aardoppervlak zouden hebben kunnen bereiken, waardoor het warm zou blijven.

Dus de combinatie van minder continentaal gebied en een atmosfeer die transparanter is voor zonlicht zou kunnen verklaren waarom de aarde niet bevroor, ondanks de kleinere hoeveelheid zonlicht.

Maar deze verklaring lost misschien niet de paradox op voor alle wetenschappers die het probleem hebben bekeken.

Potentiële controverse

Kasting, die een begeleidend redactioneel stuk schreef naar de nieuwe studie die ook in Nature verscheen, had verschillende kritieken op de uitleg van de paradox.

Het deel van de studie dat hij het meest interessant vond, was de analyse van de BIF's om de hoeveelheid koolstofdioxide in de oude atmosfeer te bepalen.

"Maar ik denk dat dit controversieel zal zijn," vertelde Kasting aan ProfoundSpace.org, terwijl andere onderzoekers naar dezelfde rots keken en tot de volkomen tegenovergestelde conclusie kwamen over het koolstofdioxidegehalte, wat suggereert dat het aanzienlijk meer bevatte dan Rosing en zijn team gesloten.

Om voor eens en voor altijd het probleem te achterhalen, moeten geochemisten met een model komen dat uitlegt hoe de BIF's werden gevormd, iets dat tot nu toe in de vergelijking ontbrak.

Kasting was ook niet zeker dat een dunnere wolkenlaag de paradox zou kunnen verklaren.

"Ik ben niet zo verkocht op het cloud-feedbackmechanisme," zei hij. Gedeeltelijk komt dit omdat de temperatuur die de dunnere wolken de aarde zouden opjagen niet zo warm is als wetenschappers denken dat de aarde was tijdens de Archaea, zei hij. "Het haalt je amper uit het vriespunt."

Rosing meent echter dat niet alle wetenschappers het eens zijn met het bewijs dat is gebruikt om te suggereren dat de vroege aarde een erg warme plaats was.

Dus terwijl het nieuwe onderzoek een plausibele verklaring biedt voor wat de vroege aarde tegen bevriezen hield, zal de paradox waarschijnlijk niet snel opgelost worden verklaard.

"We blijven het oplossen en iemand komt langs en vertelt je dat je het niet goed hebt opgelost," zei Kasting. Nog, andere studies zijn al in de werken met andere mogelijke verklaringen voor de jonge zonparadox, voegde hij eraan toe.

  • 101 Fantastische feiten over de aarde
  • Top 10 manieren om de aarde te vernietigen
  • Afbeeldingen: Aarde van boven