画像クレジット：スタンフォード
タイムマシンが地球の誕生に46億年を戻す可能性があるとすれば、太陽の照りが今日よりも20〜25％明るくなりません。太陽のエネルギーを閉じ込めて大気を暖める地球規模の温室がなければ、私たちの世界は回転する氷の玉になります。人生は決して進化しなかったかもしれません。
しかし、生命は進化したので、地球を温めるために温室効果ガスが存在していたに違いありません。地質学的記録からの証拠は、温室効果ガスの二酸化炭素が豊富であることを示しています。メタンもおそらく存在していたでしょうが、その温室効果ガスは確実に検出するのに十分な地質学的痕跡を残していません。分子状酸素は存在していませんでした。酸化鉄の代わりに炭酸鉄を含む時代の岩を示しています。流れる小川、液体の海、蒸発によって形成されたミネラルの石の指紋は、30億年前、地球は液体の水に対して十分に暖かいことを確認しました。
現在、地球で最も古い岩のいくつかで明らかになった地質学的記録は、その温室の崩壊とその後の再生の驚くべき話を伝えています。しかしさらに驚くべきことは、これらの発見をジャーナルGeologyの5月25日号で報告するスタンフォードの科学者たちは、初期の大気の進化において岩石が果たした重要な役割であると言います。
「これは、初期の大気、初期の気候、初期の大陸の進化がどのように関連しているかをまとめた写真を作成しようとした初めてのことです」と、地質学および環境科学の教授であるドナルドR.ロウは述べています。初期の人生を調査する大学院生であるマイケル・M・タイスとの論文。 NASAのExobiology Programが彼らの研究に資金を提供しました。 「過去の地質学では、気候と大気は大陸の発展によって本当に大きな影響を受けました。」
ロックの記録
初期の大気がどのようなもので、どのように進化したかについての地質学的手掛かりをまとめるために、フィールド地質学者のロウは、1977年以来、毎年夏に南アフリカや西オーストラリアで文字通り丘より古い岩を集めてきました。地球で最も古い岩のいくつかは、約32〜35億年前のものです。
「一般的に、遠くに戻るほど、ねじれたり押しつぶされたり、変成されたり、その他の方法で変更されたりしていない岩を忠実に記録することが難しくなります」とロウは言います。 「私たちは、堆積記録に関する限り、振り返っています。」
岩石を測定してマッピングした後、ロウはサンプルをスタンフォード大学に持ち帰り、顕微鏡でその特徴を明らかにできるように薄片に切断します。共同研究者は、岩石の歴史をさらに明らかにする地球化学および同位体分析とコンピュータモデリングに参加しています。
地質学的記録は、大陸が摂氏70度（158 F）ほどの高温であった可能性のある初期大気から温室効果ガスの二酸化炭素を除去したという話を伝えています。現時点では、地球はほとんど海でした。極度の氷冠を置くには暑すぎた。ロウは、雨が大気中の二酸化炭素と結合して炭酸を作り、それが新しく形成された大陸地殻の突き出た山を風化させたと仮定します。炭酸は解離して水素イオンを形成し、それが風化鉱物の構造に浸透し、重炭酸塩は川や小川を流れて海底堆積物中に石灰岩やその他の鉱物として堆積しました。
時間の経過とともに、海洋地殻の大きなスラブが地球のマントルに引き下げられ、または沈み込みました。この地殻に閉じ込められていた炭素は本質的に失われ、6000万年もの間拘束されていたため、鉱物が地表にリサイクルされるか、火山を通じてガス放出されました。
暑い初期の大気にはおそらくメタンも含まれていたとロウは言う。風化によって二酸化炭素のレベルが下がったので、ある時点で、二酸化炭素とメタンのレベルがほぼ等しくなったと彼は推測している。これにより、メタンがエアロゾル化して微粒子になり、現在は土星の月タイタンの大気に存在するものに似た霞が発生しました。この「タイタン効果」は、27億から28億年前に地球で発生しました。
タイタン効果は大気からメタンを取り除き、ヘイズは光をフィルターで除去しました。どちらもさらに冷却を引き起こし、おそらく摂氏40〜50度の温度低下となりました。最終的に、約30億年前に、温室が崩壊し、ロウとタイスが理論化しました。地球の最初の氷河作用は29億年前に発生した可能性があります。
落下後の上昇
ここで岩は物語の奇妙なひねりを明らかにします—温室の最終的な再生。 30億年前、地球は本質的にウォーターワールドだったことを思い出してください。大気に影響を与える植物や動物はありませんでした。藻類でさえまだ進化していませんでした。原始的な光合成微生物が周りにいて、メタンの生成と二酸化炭素のマイナーな使用に役割を果たすかもしれない。
大陸の急速な風化が続く限り、炭酸塩は海洋地殻に堆積し、ロウが「大規模な貯蔵施設…二酸化炭素の大部分を大気から遠ざけた」と呼ばれるものに沈み込みました。
しかし、二酸化炭素が大気から取り除かれ、岩石に組み込まれると、風化が鈍化し、山を侵食する炭酸が減り、山は低くなりました。しかし、火山はまだリサイクルされた海洋地殻から大量の炭素を大気中に噴出していました。
「したがって、最終的に二酸化炭素レベルは再び上昇します」とロウは言います。 「70℃に戻ることは決してないかもしれませんが、おそらく地球を再び暖かくするために上昇しました。」
この夏、ロウとタイスはサンプルを収集し、約26億から27億年前のこの時間間隔の温度を決定して、地球がどのように熱くなったのかをよりよく理解できるようにします。
新しい大陸が形成されて風化し、再び二酸化炭素を大気から取り除いた。約30億年前、おそらく大陸地殻の地球の現在の面積の10〜15％が形成されていました。 25億年前までに、膨大な量の新しい大陸地殻が形成されました。これは、現在の大陸地殻の面積の約50〜60％です。この2番目のサイクルの間に、より大量の岩の風化がさらに大きな大気の冷却を引き起こし、約23〜24億年前に深遠な氷河作用を引き起こしました。
過去数百万年の間、私たちは氷河期と間氷期の間を行ったり来たりしてきました。現在、間氷期にあります。それは過渡期です。科学者たちは、人類が最近の歴史の中で引き起こした地球規模の気候変動と、長年にわたる自然のプロセスによって引き起こされた気候変動との大きさを理解しようとしています。
「過去の気候変動を特徴づけてきたレートを大幅に超える速度でシステムを混乱させています」とロウ氏は語った。 「それにもかかわらず、私たちが今日理解しようとしている事実上すべての実験、事実上すべての変動、およびすべての気候変動は以前に起こりました。自然はこれらの実験のほとんどをすでに行っています。古代の気候、大気組成、地質学上の過去の地殻、大気、生命、気候間の相互作用を分析できれば、今日起こっていること、そして明日起こりそうなことを理解するために、最初の一歩を踏み出すことができます。」
元のソース：スタンフォードニュースリリース
