https://frosthead.com

Η ιστορία του αέρα

Η ατμόσφαιρα της γης αποτελείται από άφθονο άζωτο (78%), λίγο οξυγόνο (21%), ψεκασμό αργού (0, 93%), μικρή ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα (0, 038%) και ίχνη άλλων αερίων . Αλλά δεν ήταν πάντα έτσι. Η σύνθεση των αερίων στην ατμόσφαιρα μπορεί να αλλάξει (και αλλάζει τώρα καθώς καίνουμε ορυκτά καύσιμα) και το απολιθωμένο ρεκόρ αποκαλύπτει πως κάτι τόσο παραπλανητικά απλό όσο ο αέρας μπορεί να επηρεάσει την ιστορία της ζωής.

Εάν επισκεφθήκατε αυτό που είναι τώρα η Βόρεια Αμερική πριν από 300 εκατομμύρια χρόνια, κοντά στο τέλος της περιόδου των ανθρακωρύχων, θα σας υποδεχόμουν μια πολύ άγνωστη σκηνή. Το τοπίο κυριαρχούσε από τεράστιους βάλτους γεμάτους με τεράστιους λυκόπτους (συγγενείς των βρύων των συλλόγων που μεγάλωναν στο μέγεθος των δέντρων), αμφίβια σπονδυλωτά μήκους περίπου 20 ποδιών και τεράστια αρθροπόδια. Ο Meganeura, ένας συγγενής της λιβελλούδας που είχε πτέρυγα πάνω από δύο πόδια, διέσχισε τον αέρα πάνω από το γιγαντιαίο Arthropleura, ένα τετράπλευρο χιλιοστό. Ποτέ πριν ή από τότε τα χερσαία ασπόνδυλα αναπτύχθηκαν σε τέτοια τεράστια μεγέθη.

Η σκανδάλη για αυτόν τον αχαλίνωτο γιγαντισμό ήταν ένα ιδιόμορφο, πρόσφατα εξελισσόμενο χαρακτηριστικό των φυτών που οδήγησαν επίπεδα οξυγόνου στο 35 τοις εκατό της ατμόσφαιρας κατά τη διάρκεια του αργά άνθρακα. Τα κατακόρυφα ισημερινά δάση παρήγαγαν μια σημαντική ποσότητα οξυγόνου ως υποπροϊόν της φωτοσύνθεσης, αλλά αυτό μόνο δεν ήταν αρκετό για να οδηγήσει το ατμοσφαιρικό οξυγόνο σε τέτοια υψηλά επίπεδα. Η αιτία ήταν η χημική ένωση λιγνίνη, την οποία χρησιμοποιούν τα φυτά για να φτιάξουν τον εαυτό τους. Τα βακτηρίδια της εποχής ήταν τόσο αναποτελεσματικά για τη διάσπαση της λιγνίνης στα νεκρά φυτά που άφησαν πίσω τους μια τεράστια ποσότητα φυτικού υλικού πλούσιου σε άνθρακα για να απομονωθούν στους βάλτους (και τελικά να μετατραπούν σε πλούσια κοιτάσματα άνθρακα που έδωσαν το όνομα του άνθρακα) . Τα βακτήρια χρησιμοποιούν οξυγόνο καθώς διασπούν υλικό πλούσιο σε άνθρακα, αλλά η λιγνίνη αποτρέπει αυτή τη διαδικασία μέχρις ότου τα βακτηρίδια εξελίξουν την ικανότητα να αποσυνθέσουν την ένωση. Αυτή η βιολογική ιδιορρυθμία προκάλεσε την άνοδο των επιπέδων οξυγόνου.

Το πλεόνασμα οξυγόνου επέτρεψε στα αμφίβια, τα οποία παίρνουν μέρος του αερίου μέσα από τα δέρματά τους, να αναπνέουν πιο αποτελεσματικά και να μεγαλώνουν σε μεγαλύτερα μεγέθη. Τα αρθρόποδα αναπνέουν με διαφορετικό τρόπο: διαθέτουν ένα δίκτυο σωλήνων διακλάδωσης που ονομάζονται τραχεία που συνδέουν μικρά ανοίγματα σε ένα εξωσκληρωμένο ασπόνδυλων με τα κύτταρα του και οξυγόνο διαπερνά το σώμα μέσω αυτού του συστήματος. Σε μια πλούσια σε οξυγόνο ατμόσφαιρα, περισσότερο οξυγόνο θα μπορούσε να διαχυθεί μέσω αυτού του δικτύου διακλάδωσης, και αυτό άνοιξε τις εξελικτικές οδούς που επέτρεπαν στα αρθρόποδα, επίσης, να αναπτυχθούν σε τρομακτικές αναλογίες. Το γεγονός ότι το οξυγόνο θα είχε επίσης αυξήσει την πίεση του αέρα σήμαινε ότι τα μεγάλα ιπτάμενα έντομα της εποχής θα είχαν πάρει περισσότερο ανελκυστήρα για κάθε κτύπημα των πτερυγίων τους, επιτρέποντας στα ιπτάμενα αρθρόποδα να φθάσουν στα μεγέθη που είναι δομικά αδύνατα για τους σημερινούς συγγενείς τους .

Ενώ οι γιγαντιαίοι αρθροπόδες σέρνιζαν και βουλιάζονταν, οι πρώτοι αμνιέτες-σαν σπονδυλωτά που είχαν σπάσει τη σύνδεση τους με το νερό μέσω της ικανότητάς τους να αναπαράγουν μέσω των ξεφλουδισμένων αυγών- επίσης διαφοροποιούνταν. Κατά τη διάρκεια του επόμενου κεφαλαίου της ιστορίας της γης, των Περμιών (περίπου 299 εκατομμύρια έως 251 εκατομμύρια χρόνια πριν), αυτοί οι πρώτοι συγγενείς των δεινοσαύρων και των θηλαστικών έδωσαν μια ποικιλία νέων μορφών, με τους συγγενείς πρώιμων θηλαστικών (συλλογικά γνωστών ως συνάψιδες) ιδιαίτερα, κερδίζοντας οικολογική κυριαρχία. Για πρώτη φορά, τα χερσαία οικοσυστήματα υποστήριζαν ένα διασυνδεδεμένο δίκτυο αρπακτικών και φυτοφάγων διαφόρων μεγεθών και πριν από περίπου 250 εκατομμύρια χρόνια υπήρχαν περίπου 40 διαφορετικές οικογένειες σπονδυλωτών που κατοικούν στο έδαφος. Αλλά κατά τη διάρκεια της περιόδου, σχεδόν όλη αυτή η πολυμορφία σβήστηκε από τη μεγαλύτερη φυσική καταστροφή που γνώρισε ποτέ ο πλανήτης.

Κατά τη διάρκεια των πρώτων ημερών της παλαιοντολογίας, οι φυσιοδίφες χαρακτήρισαν τα όρια στη γεωλογική ιστορία από την απότομη, μαζική εξαφάνιση ορισμένων ειδών από τα απολιθώματα, ακολουθούμενη από την εμφάνιση μιας καινούργιας, διαφορετικής πανίδας. Δεν το συνειδητοποίησαν εκείνη τη στιγμή, αλλά αυτό που έκαναν ήταν να απομακρύνουν μαζικές εξαφανίσεις και αυτό που τερμάτισε την Περμια ήταν ίσως το χειρότερο στην ιστορία της γης. Έως το 95% όλων των γνωστών θαλάσσιων πλασμάτων εξαφανίστηκαν, όπως και το 70% των χερσαίων ζώων. Πανεπιστήμιο του Μπρίστολ παλαιοντολόγο Michael Benton έχει ονομάσει αυτό το γεγονός "όταν η ζωή σχεδόν πέθανε."

Ο εντοπισμός ενός γεγονότος μαζικής εξαφάνισης δεν είναι το ίδιο με την εξήγησή του, ωστόσο, και η καταστροφή στο τέλος της Περμίας είναι ίσως το πιο αινιγματικό μυστήριο δολοφονίας όλων των εποχών. Οι επιστήμονες πρότειναν έναν κατάλογο πιθανών πυροδοτών εξαφάνισης, όπως η παγκόσμια ψύξη, ο βομβαρδισμός από τις κοσμικές ακτίνες, η μετατόπιση των ηπείρων και οι επιπτώσεις των αστεροειδών, αλλά οι κύριοι ύποπτοι των παλαιοντολόγων είναι τώρα οι έντονες εκρήξεις των παγίδων της Σιβηρίας, τα ηφαίστεια που κάλυπταν σχεδόν 800.000 τετραγωνικά μίλια από αυτό που είναι τώρα η Ρωσία με λάβα.

Η γη ήταν πολύ πιο ζεστή στο τέλος της Πέρμιας απ 'ό, τι είναι σήμερα. Η ατμόσφαιρα ήταν σχετικά πλούσια σε διοξείδιο του άνθρακα, που τροφοδότησε έναν κόσμο θερμοκηπίου στον οποίο δεν υπήρχαν σχεδόν παγετώνες. Η έκρηξη των παγίδων της Σιβηρίας θα είχε προσθέσει τεράστιες ποσότητες αερίων θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα, προκαλώντας περαιτέρω υπερθέρμανση του πλανήτη, αύξηση της οξύτητας των ωκεανών και μείωση των επιπέδων ατμοσφαιρικού οξυγόνου. Αυτές οι δραστικές αλλαγές στην ατμόσφαιρα και οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις που προκλήθηκαν θα είχαν προκαλέσει ασφυξία πολλών οργανισμών από την έλλειψη οξυγόνου ενώ άλλοι θα είχαν πεθάνει από μια περίσσεια διοξειδίου του άνθρακα στο αίμα ή θα έχανε αλλιώς επειδή ήταν φυσιολογικά ανίκανοι να αντιμετωπίσουν αυτές τις νέες συνθήκες. Όπου οι πλούσιες, ποικίλες κοινότητες οργανισμών άκμασαν, η εξαφάνιση άφησε μόνο τις κοινότητες «κρίσης» μερικών ειδών που πολλαπλασιάστηκαν στα κενά οικοσυστήματα.

Παρόλο που αυτές οι αλλαγές στην ατμόσφαιρα κατέρρευσαν το εξελικτικό δέντρο 251 εκατομμύρια χρόνια πριν, δεν έκαναν τον πλανήτη μόνιμα αφιλόξενη. Η ζωή συνέχισε να εξελίσσεται και τα επίπεδα οξυγόνου, διοξειδίου του άνθρακα και άλλων αερίων εξακολούθησαν να παρουσιάζουν διακυμάνσεις, υποκινώντας πολλές φορές τις κλιματικές αλλαγές από το "θερμοκήπιο" έως το "icehouse".

Η γη μπορεί τώρα να εισέλθει σε μια νέα εποχή θερμοκηπίου, αλλά αυτό που είναι μοναδικό για το παρόν είναι ότι οι άνθρωποι παίρνουν ενεργό ρόλο στη διαμόρφωση του αέρα. Η όρεξη για ορυκτά καύσιμα μεταβάλλει την ατμόσφαιρα με τρόπο που θα αλλάξει το κλίμα, προσθέτοντας περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα και άλλα αέρια θερμοκηπίου στο μείγμα και αυτές οι διακυμάνσεις θα μπορούσαν να έχουν σημαντικές επιπτώσεις τόσο για εξαφάνιση όσο και για εξέλιξη.

Οι σημερινές συνθήκες της γης είναι αρκετά διαφορετικές από εκείνες της Ύστερης Πέρμιας που μια παρόμοια καταστροφή είναι απίθανη, αλλά όσο περισσότερο μαθαίνουμε για τα αρχαία κλίματα, τόσο πιο ξεκάθαρα είναι ότι ξαφνικές αλλαγές στην ατμόσφαιρα μπορεί να είναι θανατηφόρες. Μια πρόσφατη μελέτη με επικεφαλής τη βιοθεομετρία Natalia Shakhova του Διεθνούς Κέντρου Έρευνας για την Αρκτική δείχνει ότι ίσως πλησιάζουμε ένα σημείο ανατροπής που θα μπορούσε γρήγορα να ενισχύσει την υπερθέρμανση του πλανήτη που ήδη μεταβάλλει τα οικοσυστήματα σε όλο τον κόσμο. Ένα τεράστιο απόθεμα μεθανίου, ένα από τα πιο ισχυρά αέρια του θερμοκηπίου, βρίσκεται κάτω από το παγωμένο ρέμα της Ανατολικής Σιβηρίας Arctic Shelf. Το περμανάντ λειτουργεί ως παγωμένο κάλυμμα πάνω στο αέριο, αλλά ο Shakhova διαπίστωσε ότι το καπάκι έχει διαρροή. Οι επιστήμονες δεν είναι σίγουροι εάν η διαρροή μεθανίου είναι φυσιολογική ή πρόσφατο προϊόν της υπερθέρμανσης του πλανήτη, αλλά αν οι τρέχουσες προβλέψεις είναι σωστές, όπως το θερμαίνει το παγκόσμιο κλίμα, η στάθμη της θάλασσας θα αυξηθεί και θα πλημμυρίσει το Αρκτικό Ράφι της Ανατολικής Σιβηρίας, απελευθερώστε ακόμα περισσότερο από το αέριο. Καθώς δημιουργούνται περισσότερα αέρια θερμοκηπίου, ο πλανήτης είναι πολύ πιο κοντά σε αυτό και σε άλλα πιθανά σημεία ανατροπής που θα μπορούσαν να προκαλέσουν γρήγορες αλλαγές στους οικοτόπους σε όλο τον κόσμο.

Ίσως οι ιδιαίτερες συνθήκες που επέτρεψαν στα γιγαντιαία αρθρόποδα να πετάξουν μέσα από αέρα που αποτελείται από 35 τοις εκατό οξυγόνο, δεν θα επαναληφθούν ποτέ και μπορούμε να ελπίζουμε ότι η γη δεν θα επαναλάβει την καταστροφή στο τέλος της Περμιάνης, αλλά στην καλλιέργεια ενός θερμοκηπίου το είδος μας είναι αλλάζοντας ενεργά την ιστορία της ζωής στη γη. Ο τρόπος με τον οποίο αυτές οι αλλαγές θα μας επηρεάσουν, καθώς και η υπόλοιπη βιοποικιλότητα στον κόσμο, θα καταγραφούν τελικά στο συνεχώς αυξανόμενο αρχείο απολιθωμάτων.

Η ιστορία του αέρα