Μια σύντομη χημική ιστορία της ατμόσφαιρας

Η Γη έχει ηλικία 4,6 δισεκατομμύρια έτη. Το γήινο περιβάλλον κατά τη νεότητα της Γης ήταν ιδιαίτερα αφιλόξενο. Έπειτα από 400 με 600 εκατομμύρια χρόνια από την δημιουργία του πλανήτη και τη σταδιακή μείωση της θερμοκρασίας του, σχηματίστηκαν οι πρώτοι ωκεανοί, από συμπύκνωση των υδρατμών της ατμόσφαιρας.

Η Λιθανθρακοφόρος περίοδος των απέραντων ελωδών δασών.

Το γεγονός αυτό είναι εξαιρετικά σημαντικό καθώς η ζωή είναι συνυφασμένη με την ύπαρξη νερού, ωστόσο η θερμοκρασία των ωκεανών ήταν ακόμα πολύ υψηλή (80-90°C). Η ατμόσφαιρα περιείχε ελάχιστο οξυγόνο (λιγότερο από 0,001%) σε σύγκριση με το 21% που υπάρχει σήμερα, ενώ αντίστοιχα το διοξείδιο του άνθρακα ήταν 5%, πολύ πάνω από το σημερινό 0,036%, προκαλώντας ένα τεράστιας κλίμακας φαινόμενο του θερμοκηπίου.

Πριν από 3,7 δισεκατομμύρια έτη η Γη έχοντας καταφέρει να διατηρήσει την ατμόσφαιρά της, περνάει σε μια περίοδο ηρεμίας όπου οι επιθέσεις αστεροειδών μειώνονται καθοριστικά, επιτρέποντας την σταδιακή ψύξη του πλανήτη σε θερμοκρασίες που ευνοούσαν την εμφάνιση ζωής. Η ζωή εμφανίστηκε πριν από 3,8 έως 3,6 δισεκατομμύρια έτη στη θάλασσα, όπου και παρέμεινε για περίπου 3,2 δισεκατομμύρια χρόνια.

Ο λόγος γι αυτό ήταν γιατί δεν υπήρχε ακόμη το στρατοσφαιρικό στρώμα του όζοντος το οποίο απορροφά την βλαβερή υπεριώδη ακτινοβολία. Το στρώμα αυτό δημιουργήθηκε σταδιακά από την δραστηριότητα της φωτοσύνθεσης που είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση του οξυγόνου, τη δημιουργία του προστατευτικού στρώματος του όζοντος και της μείωσης του διοξειδίου του άνθρακα με συνέπεια την άμβλυνση των θερμοκηπιακών φαινομένων και την επικράτηση πιο ήπιων θερμοκρασιών.

Οι πρώτοι οργανισμοί ήταν αναγκαστικά αναερόβιοι, προσαρμοσμένοι στην έλλειψη οξυγόνου, όμως αργότερα εμφανίστηκαν τα κυανοβακτήρια που παρήγαγαν οξυγόνο ως παραπροϊόν κατά τη φωτοσύνθεση. Σήμερα αιωρούνται ως πλαγκτονικά σε θάλασσες και λίμνες. Θεωρείται ότι το φράγμα του 0,1% στην συγκέντρωση του οξυγόνου στην ατμόσφαιρα ξεπεράστηκε πριν από 2,2 δισεκατομμύρια έτη, όταν και άρχισε να σχηματίζεται η στρατοσφαιρική στιβάδα του όζοντος.

Με τη δημιουργία της αερόβιας φωτοσύνθεσης η ζωή έπαψε να περιορίζεται τοπικά γύρω από θερμές πηγές και για πρώτη φορά στην ιστορία παγκοσμιοποιήθηκε. Ωστόσο ακόμα μόνο μέσα στη θάλασσα. Χρειάστηκε άλλο 1,5 δισεκατομμύρια χρόνια μέχρι τα πρώτα φυτά να βγουν στην ξηρά. Αυτό που είναι σημαντικό είναι ότι το οξυγόνο αυτή την περίοδο έφτασε το 10% (21% σήμερα), ενώ το διοξείδιο του άνθρακα μειώθηκε στο 0,5% (0,036% σήμερα).

Ο αποικισμός της ξηράς από τα φυτά δεν ήταν εύκολος, συνέβη όμως πριν από 450 εκατομμύρια χρόνια. Το άγονο σεληνιακό τοπίο της Γης δίνει τη θέση του σε έναν πράσινο κόσμο, καλυμμένο από κάθε μορφή βλάστησης, συμπεριλαμβανομένου τους δάσους. Η ρύθμιση οξυγόνου και διοξειδίου του άνθρακα είναι πλέον αποκλειστική ευθύνη των χερσαίων φυτών, που αυξάνουν το μεν οξυγόνο στα επικίνδυνα επίπεδα του 25-30% και μειώνουν το διοξειδίου του άνθρακα στο 0,05% κατά τη Λιθανθρακοφόρο περίοδο, των μεγάλων δασών.

Ενώ το οξυγόνο ήταν αποτέλεσμα της φωτοσύνθεσης, η μείωση του διοξειδίου του άνθρακα οφείλεται στην αποσάθρωση του εδάφους από τη δημιουργία ριζών. Οι υψηλές όμως συγκεντρώσεις οξυγόνου ήταν επικίνδυνες επειδή προκαλούσαν αυτόματες πυρκαγιές, οι οποίες κατέστρεψαν σημαντικό μέρος της βλάστησης, οδηγώντας τελικά σε μια ισορροπία, σταθεροποιώντας το οξυγόνο σε τιμές κοντά στο 20-22% κατά τα τελευταία 170 εκατομμύρια χρόνια.

Οι διακυμάνσεις αυτές επηρεάζονται από τη φωτοσύνθεση αλλά και από βίαια φυσικά φαινόμενα, όπως εκρήξεις ηφαιστείων και πτώσεις ουράνιων σωμάτων. Για παράδειγμα στο τέλος της Πέρμιας περιόδου, πριν από 250 εκατομμύρια χρόνια δημιουργήθηκε από τεκτονικές κινήσεις του φλοιού της Γης η υπερ-ήπειρος Παγγαία. Η τεράστια ηφαιστειακή δραστηριότητα που τη συνόδευσε εξαπλασίασε τη συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα μέσα σε μόλις 10.000 χρόνια.

Αντίστοιχα η πτώση αστεροειδούς στο τέλος της Κρητιδικής περιόδου, πριν από 65 εκατομμύρια χρόνια, όταν και εξαφανίστηκαν οι δεινόσαυροι, αύξησε το διοξείδιο του άνθρακα στο 20%. Τα τελευταία 400.000 χρόνια έφτασε τις χαμηλότερες τιμές από τη δημιουργία της Γης, κυμαινόμενο μεταξύ 0,018 και 0,028%. Η ανθρωπογενής αύξηση όμως μετά τη βιομηχανική επανάσταση κατά 50% περίπου στα τελευταία 300 χρόνια, θεωρείται ταχύτερη από εκείνη που προκλήθηκε από τα ηφαίστεια κατά τη δημιουργία της Παγγαίας. Τότε οι κλιματικές αλλαγές οδήγησαν στην εξαφάνιση του 90% των ζωικών ειδών. Τώρα;

 

 

Αυτά και πολλά ακόμα ενδιαφέροντα θα βρείτε στο βιβλίο του Γιάννη Μανέτα: Τι θα έβλεπε η Αλίκη στη χώρα των φυτών.

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  Change )

Google photo

You are commenting using your Google account. Log Out /  Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  Change )

Connecting to %s

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.