Methane diredam: Bagaimana awal Bumi tetap hangat? - ScienceDaily

penggambaran seorang seniman dari planet tertutup es di tata surya yang jauh menyerupai apa awal Bumi mungkin tampak seperti jika campuran misterius gas rumah kaca tidak menghangatkan iklim.

Kredit: Eropa Southern Observatory (ESO)

Untuk setidaknya satu miliar tahun dari masa lalu, planet Bumi seharusnya membeku tapi tidak. Para ilmuwan berpikir mereka tahu mengapa, tetapi penelitian model baru dari tim Bumi Alternatif dari NASA Astrobiology Institute telah dipecat aktor utama dalam skenario lama diterima.

Manusia khawatir tentang gas rumah kaca, tetapi antara 1,8 miliar dan 800 juta tahun yang lalu, penghuni laut mikroskopis benar-benar membutuhkan mereka. Matahari adalah 10 sampai 15 persen lebih redup daripada sekarang ini - terlalu lemah untuk menghangatkan planet ini sendiri. Earth diperlukan campuran ampuh gas yang memerangkap panas untuk menjaga lautan cair dan layak huni.

Selama beberapa dekade, para ilmuwan atmosfer cor metana di peran utama. Pemikirannya adalah bahwa metana, dengan 34 kali kapasitas panas dari karbon dioksida, bisa memerintah tertinggi untuk sebagian besar pertama 3,5 miliar tahun sejarah Bumi, ketika oksigen tidak hadir awalnya dan sedikit lebih dari bau nanti. (Saat ini oksigen seperlima dari udara yang kita hirup, dan itu menghancurkan metana dalam hitungan tahun.)

"Sebuah akuntansi yang tepat dari siklus biogeokimia di lautan mengungkapkan bahwa metana memiliki musuh jauh lebih kuat daripada oksigen," kata Stephanie Olson, seorang mahasiswa pascasarjana di University of California, Riverside, anggota tim Bumi Alternatif dan penulis utama dari studi baru yang diterbitkan 26 September di Prosiding National Academy of Sciences. "Anda tidak bisa mendapatkan metana yang signifikan dari laut setelah ada sulfat."

Sulfat bukan faktor sampai oksigen muncul di atmosfer dan memicu pelapukan oksidatif batuan di darat. Pemecahan mineral seperti pirit menghasilkan sulfat, yang kemudian mengalir ke sungai ke lautan. Oksigen kurang berarti kurang sulfat, tetapi bahkan 1 persen dari kelimpahan modern yang cukup untuk membunuh metana, kata Olson.

Olson dan dia rekan penulis Bumi Alternatif, Chris Reinhard, asisten profesor bumi dan atmosfer ilmu di Universitas Georgia Tech, dan Timothy Lyons, seorang profesor terkemuka biogeokimia di UC Riverside, menegaskan bahwa selama miliar tahun mereka dinilai, sulfat di laut terbatas metana di atmosfer hanya 1 hingga 10 bagian per juta - sebagian kecil dari berlebihan 300 bagian per juta disebut-sebut oleh beberapa model-model sebelumnya.

Kesalahan fatal dari model-model iklim masa lalu dan prediksi mereka untuk komposisi atmosfer, Olson mengatakan, adalah bahwa mereka mengabaikan apa yang terjadi di lautan, di mana sebagian besar metana berasal bakteri khusus menguraikan bahan organik.

Air laut sulfat merupakan masalah bagi metana dalam dua cara: Sulfate menghancurkan metana langsung, yang membatasi berapa banyak gas bisa lepas dari lautan dan menumpuk di atmosfer. Sulfat juga membatasi produksi metana. Hidup dapat mengekstrak lebih banyak energi dengan mengurangi sulfat dari itu bisa dengan membuat metana, konsumsi sehingga sulfat mendominasi produksi metana di hampir semua lingkungan laut.

model numerik yang digunakan dalam penelitian ini dihitung reduksi sulfat, produksi metana, dan array yang luas dari siklus biogeokimia lainnya di laut untuk miliar tahun antara 1,8 miliar dan 800 juta tahun yang lalu. Model ini, yang membagi laut menjadi hampir 15.000 daerah tiga dimensi dan menghitung siklus untuk masing-masing daerah, adalah jauh Model resolusi tertinggi yang pernah diterapkan pada Bumi kuno. Sebagai perbandingan, model biogeokimia lainnya membagi seluruh laut menjadi grid dua dimensi tidak lebih dari lima wilayah.

"Benar-benar tidak ada model yang sebanding," kata Reinhard, yang penulis utama pada kertas terkait di Prosiding National Academy of Sciences yang menggambarkan nasib oksigen selama model berjalan sama yang mengungkapkan hubungan mematikan sulfat dengan metana.

Reinhard mencatat bahwa oksigen ditangani metana pukulan tambahan, berdasarkan bukti independen yang diterbitkan baru-baru ini oleh tim Bumi Alternatif dalam jurnal Science dan Geologi. Makalah ini menjelaskan tanda tangan geokimia dalam catatan batu yang melacak kadar oksigen sangat rendah di atmosfer, mungkin kurang dari 1 persen dari nilai-nilai modern, sampai sekitar 800 juta tahun yang lalu, ketika mereka melonjak drastis.

Kurang oksigen tampaknya seperti hal yang baik untuk metana, karena mereka adalah gas tidak kompatibel, tapi dengan oksigen pada tingkat yang sangat rendah seperti, masalah lain muncul.

"Oksigen Gratis [O2] di atmosfer diperlukan untuk membentuk lapisan pelindung ozon [O3], yang dapat melindungi metana dari kehancuran fotokimia," kata Reinhard. Ketika para peneliti berlari model mereka dengan perkiraan oksigen rendah, perisai ozon tidak pernah terbentuk, meninggalkan puff sederhana metana yang lolos lautan pada belas kasihan Fotokimia destruktif.

Dengan metana diturunkan, para ilmuwan menghadapi tantangan baru yang serius untuk menentukan koktail rumah kaca yang menjelaskan cerita iklim dan kehidupan planet kita, termasuk satu miliar tahun tanpa gletser, kata Lyons. Mengetahui kombinasi yang tepat agen pemanasan lainnya, seperti uap air, nitrogen oksida, dan karbon dioksida, juga akan membantu kita menilai kelayakhunian dari ratusan miliar planet mirip Bumi lainnya diperkirakan berada di galaksi kita.

"Jika kami mendeteksi metana di sebuah planet ekstrasurya, ini adalah salah satu kandidat terbaik sebagai biosignature, dan metana mendominasi banyak percakapan dalam pencarian kehidupan di Mars," kata Lyons. "Namun metana hampir pasti tidak akan terdeteksi oleh peradaban alien melihat planet kita satu miliar tahun yang lalu - meskipun kemungkinan produksi biologis atas sebagian besar sejarah bumi."