Evoluția Pământului
Ca o piatră prețioasă de lapislazuli cu care se aseamănă, planeta albastră, cu nori pe care o recunoaștem imediat din imaginile din satelit pare remarcabil de stabilă. Continentele și oceanele, înconjurate de o atmosferă bogată în oxigen, susțin forme de viață familiare. Totuși, această constanță este o iluzie produsă de experiența umană a timpului. Pământul și atmosfera sa sunt alterate continuu. Tectonica plăcilor deplasează continentele, ridică munții și mișcă fundul oceanelor, în timp ce procese neînțelese pe deplin modifică clima.
O astfel de schimbare constantă a caracterizat Pământul încă de la începuturile sale, acum aproximativ 4,5 miliarde de ani. Încă de la început, căldura și gravitația au modelat evoluția planetei. Acestor forțe li s-au alăturat treptat efectele globale ale apariției vieții. Explorarea acestui trecut ne oferă singura posibilitate de a înțelege originea vieții și, poate, viitorul ei.
Științii obișnuiau să creadă că planetele stâncoase, inclusiv Pământul, Mercur, Venus și Marte, au fost create prin colapsul gravitațional rapid al unui nor de praf, o deațiune care a dat naștere unui glob dens. În anii 1960, programul spațial Apollo a schimbat acest punct de vedere. Studiile asupra craterelor lunare au dezvăluit că aceste scobituri au fost provocate de impactul unor obiecte care erau în mare abundență în urmă cu aproximativ 4,5 miliarde de ani. Ulterior, numărul de impacturi pare să fi scăzut rapid. Această observație a întinerit teoria acreției postulată de Otto Schmidt. Geofizicianul rus sugerase în 1944 că planetele au crescut în mărime treptat, pas cu pas.
Potrivit lui Schmidt, praful cosmic s-a aglomerat pentru a forma particule, particulele au devenit pietriș, pietrișul a devenit bile mici, apoi bile mari, apoi bile mari, apoi planete mici, sau planete-similare, și, în cele din urmă, praful a devenit de mărimea Lunii. Pe măsură ce planetesimalele au devenit mai mari, numărul lor a scăzut. În consecință, numărul de coliziuni între planetesime, sau meteoriți, a scăzut. Numărul mai mic de elemente disponibile pentru acreție a însemnat că a fost nevoie de mult timp pentru a construi o planetă mare. Un calcul făcut de George W. Wetherill de la Carnegie Institution din Washington sugerează că între formarea unui obiect cu diametrul de 10 kilometri și un obiect de mărimea Pământului ar putea trece aproximativ 100 de milioane de ani.
Procesul de acreție a avut consecințe termice semnificative pentru Pământ, consecințe care au direcționat în mod forțat evoluția sa. Corpurile mari care s-au izbit de planetă au produs o căldură imensă în interiorul ei, topind praful cosmic care se găsea acolo. Furnalul rezultat – situat la aproximativ 200 până la 400 de kilometri sub pământ și numit ocean de magmă – a fost activ timp de milioane de ani, dând naștere la erupții vulcanice. Când Pământul era tânăr, căldura de la suprafață cauzată de vulcanism și de scurgerile de lavă din interior a fost intensificată de bombardamentul constant al unor obiecte uriașe, unele dintre ele poate de mărimea Lunii sau chiar a lui Marte. Nici o formă de viață nu a fost posibilă în această perioadă.
Peste clarificarea faptului că Pământul s-a format prin acreție, programul Apollo i-a obligat pe oamenii de știință să încerce să reconstruiască dezvoltarea temporală și fizică ulterioară a Pământului timpuriu. Această întreprindere fusese considerată imposibilă de fondatorii geologiei, inclusiv de Charles Lyell, căruia i se atribuie următoarea frază: Niciun vestigiu al unui început, nicio perspectivă pentru un sfârșit. Această afirmație transmite ideea că Pământul tânăr nu a putut fi recreat, deoarece rămășițele sale au fost distruse prin însăși activitatea sa. Dar dezvoltarea geologiei izotopice în anii 1960 a făcut ca această viziune să devină depășită. Imaginația lor înroșită de Apollo și de descoperirile de pe Lună, geochimiștii au început să aplice această tehnică pentru a înțelege evoluția Pământului.
Datarea rocilor cu ajutorul așa-numitelor ceasuri radioactive permite geologilor să lucreze pe terenuri vechi care nu conțin fosile. Ceasurile unui ceas radioactiv sunt izotopi – atomi ai aceluiași element care au greutăți atomice diferite – iar timpul geologic este măsurat prin rata de dezintegrare a unui izotop în altul . Dintre numeroasele ceasuri, cele bazate pe dezintegrarea uraniului 238 în plumb 206 și a uraniului 235 în plumb 207 sunt speciale. Geocronologii pot determina vârsta eșantioanelor analizând doar produsul fiică – în acest caz, plumbul – al părintelui radioactiv, uraniul.
Cercetarea zirconilor
Geologia izotopilor a permis geologilor să determine că acreția Pământului a culminat cu diferențierea planetei: crearea nucleului – sursa câmpului magnetic al Pământului – și începutul atmosferei. În 1953, lucrarea clasică a lui Claire C. Patterson de la California Institute of Technology a folosit ceasul de uraniu-plumb pentru a stabili o vârstă de 4,55 miliarde de ani pentru Pământ și pentru mulți dintre meteoriții care l-au format. Cu toate acestea, la începutul anilor 1990, o lucrare a unuia dintre noi (Allègre) asupra izotopilor de plumb a condus la o interpretare oarecum nouă.
Cum a susținut Patterson, unii meteoriți s-au format într-adevăr acum aproximativ 4,56 miliarde de ani, iar resturile lor au constituit Pământul. Dar Pământul a continuat să crească prin bombardarea planetelor-similare până la aproximativ 120 milioane – 150 milioane de ani mai târziu. În acel moment – între 4,44 și 4,41 miliarde de ani – Pământul a început să-și păstreze atmosfera și să-și creeze nucleul. Această posibilitate fusese deja sugerată de Bruce R. Doe și Robert E. Zartman de la U.S. Geological Survey din Denver în urmă cu două decenii și este în concordanță cu estimările lui Wetherills.
Emergența continentelor a venit ceva mai târziu. Conform teoriei tectonicii plăcilor, aceste mase terestre sunt singura parte a scoarței terestre care nu este reciclată și, în consecință, distrusă în timpul ciclului geotermic determinat de convecția din mantaua terestră. Continentele oferă astfel o formă de memorie, deoarece înregistrarea vieții timpurii poate fi citită în rocile lor. Cu toate acestea, activitatea geologică, inclusiv tectonica plăcilor, eroziunea și metamorfismul, a distrus aproape toate rocile vechi. Foarte puține fragmente au supraviețuit acestei mașinării geologice.
Cu toate acestea, în ultimele decenii, au fost făcute mai multe nds importante, folosind din nou geochimia izotopică. Un grup, condus de Stephen Moorbath de la Universitatea din Oxford, a descoperit în vestul Groenlandei un teren cu o vechime cuprinsă între 3,7 și 3,8 miliarde de ani. În plus, Samuel A. Bowring de la Massachusetts Institute of Technology a explorat o mică zonă din America de Nord – gneissul Acasta – despre care se crede că are o vechime de 3,96 miliarde de ani.
În cele din urmă, o căutare a mineralului zircon a condus alți cercetători către terenuri și mai vechi. Întâlnit în mod obișnuit în rocile continentale, zirconul nu este dizolvat în timpul procesului de eroziune, ci este depus sub formă de particule în sedimente. Prin urmare, câteva bucăți de zircon pot supraviețui timp de miliarde de ani și pot servi drept martori ai crustei mai vechi a Pământului. Căutarea zirconilor vechi a început la Paris, cu lucrările lui Annie Vitrac și Jol R. Lancelot, mai târziu la Universitatea din Marsilia și, respectiv, în prezent la Universitatea din Nmes, precum și cu eforturile lui Moorbath și Allgre. Un grup de la Universitatea Națională Australiană din Canberra, condus de William Compston, a fost cel care a avut succesul final. Echipa a descoperit zirconi în vestul Australiei care aveau o vechime cuprinsă între 4,1 și 4,3 miliarde de ani.
Zirconii au fost cruciali nu numai pentru înțelegerea vârstei continentelor, ci și pentru determinarea momentului în care a apărut viața. Primele fosile de vârstă incontestabilă au fost găsite în Australia și Africa de Sud. Aceste relicve de alge verzi-albastre au o vechime de aproximativ 3,5 miliarde de ani. Manfred Schidlowski de la Institutul Max Planck pentru Chimie din Mainz a studiat formațiunea Isua din vestul Groenlandei și a susținut că materia organică a existat încă de acum 3,8 miliarde de ani. Deoarece cea mai mare parte a înregistrărilor privind viața timpurie a fost distrusă de activitatea geologică, nu putem spune cu exactitate când a apărut prima dată – poate că a apărut foarte repede, poate chiar acum 4,2 miliarde de ani.
Povestiri din gaze
Unul dintre cele mai importante aspecte ale evoluției planetei este formarea atmosferei, deoarece acest ansamblu de gaze este cel care a permis vieții să se târască afară din oceane și să se mențină. Cercetătorii au emis ipoteza, încă din anii 1950, că atmosfera terestră a fost creată de gaze ieșite din interiorul planetei. Atunci când un vulcan scuipă gaze, acesta este un exemplu de degazare continuă, așa cum este numită, a Pământului. Dar oamenii de știință s-au întrebat dacă acest proces a avut loc brusc – în urmă cu aproximativ 4,4 miliarde de ani, când nucleul s-a diferențiat – sau dacă a avut loc treptat, de-a lungul timpului.
Pentru a răspunde la această întrebare, Allègre și colegii săi au studiat izotopii gazelor rare. Aceste gaze–inclusiv heliul, argonul și xenonul–au particularitatea de a fi inerte din punct de vedere chimic, adică nu reacționează în natură cu alte elemente. Doi dintre ei sunt deosebit de importanți pentru studiile atmosferice: argonul și xenonul. Argonul are trei izotopi, dintre care argonul 40 este creat prin dezintegrarea potasiului 40. Xenonul are nouă, dintre care xenonul 129 are două origini diferite. Xenonul 129 a apărut ca rezultat al nucleosintezei înainte de formarea Pământului și a sistemului solar. De asemenea, a fost creat din dezintegrarea iodului 129 radioactiv, care nu mai există pe Pământ. Această formă de iod a fost prezentă foarte devreme, dar a dispărut de atunci, iar xenonul 129 a crescut în detrimentul său.
Ca majoritatea cuplurilor, atât argonul 40 și potasiul 40, cât și xenonul 129 și iodul 129 au povești de spus. Ele sunt cronometre excelente. Deși atmosfera a fost formată prin degazarea mantalei, ea nu conține potasiu 40 sau iod 129. Tot argon 40 și xenon 129, formate pe Pământ și eliberate, se găsesc astăzi în atmosferă. Xenonul a fost expulzat din mantaua și reținut în atmosferă; prin urmare, raportul dintre atmosferă și mantaua acestui element ne permite să evaluăm vârsta diferențierii. Argonul și xenonul reținute în mantaua au evoluat prin dezintegrarea radioactivă a potasiului 40 și a iodului 129. Astfel, dacă degazarea totală a mantalei a avut loc la începutul formării Pământului, atmosfera nu ar conține argon 40, dar ar conține xenon 129.
Provocarea majoră cu care se confruntă un cercetător care dorește să măsoare astfel de rapoarte de dezintegrare este obținerea unor concentrații ridicate de gaze rare în rocile mantalei, deoarece acestea sunt extrem de limitate. Din fericire, un fenomen natural are loc la nivelul dorsalelor de la mijlocul oceanelor, în timpul căruia lava vulcanică transferă unii silicați din mantaua la suprafață. Cantitățile mici de gaze reținute în mineralele mantalei urcă odată cu topitura la suprafață și se concentrează în mici vezicule în marginea exterioară sticloasă a oalelor de lavă. Acest proces are rolul de a concentra cantitățile de gaze din mantaua cu un factor de 104 sau 105. Colectarea acestor roci prin dragarea seaoor și apoi zdrobirea lor sub vid într-un spectrometru de masă sensibil le permite geochimiștilor să determine raporturile dintre izotopii din manta. Rezultatele sunt destul de surprinzătoare. Calculele rapoartelor indică faptul că între 80 și 85% din atmosferă a fost gazeificată în timpul primului milion de ani al Pământului; restul a fost eliberat încet, dar constant, în următorii 4,4 miliarde de ani.
Compoziția acestei atmosfere primitive a fost cu siguranță dominată de dioxid de carbon, azotul fiind al doilea cel mai abundent gaz. Erau prezente, de asemenea, urme de metan, amoniac, dioxid de sulf și acid clorhidric, dar nu exista oxigen. Cu excepția prezenței apei din abundență, atmosfera era similară cu cea de pe Venus sau Marte. Detaliile evoluției atmosferei inițiale sunt dezbătute, în special pentru că nu știm cât de puternic era soarele la acea vreme. Cu toate acestea, unele fapte nu sunt contestate. Este evident că dioxidul de carbon a jucat un rol crucial. În plus, mulți oameni de știință cred că atmosfera în evoluție conținea cantități suficiente de gaze precum amoniacul și metanul pentru a da naștere materiei organice.
În continuare, problema soarelui rămâne nerezolvată. O ipoteză susține că în timpul eonului arhean, care a durat de la aproximativ 4,5 miliarde până la 2,5 miliarde de ani în urmă, puterea soarelui a fost de numai 75 la sută din cea de astăzi. Această posibilitate ridică o dilemă: cum ar fi putut supraviețui viața în climatul relativ rece care ar fi trebuit să însoțească un soare mai slab? O soluție la paradoxul soarelui timpuriu slab, așa cum este numit, a fost oferită de Carl Sagan și George Mullen de la Universitatea Cornell în 1970. Cei doi oameni de știință au sugerat că metanul și amoniacul, care sunt foarte eficiente în captarea radiațiilor infraroșii, erau destul de abundente. Aceste gaze ar fi putut crea un super-efect de seră. Ideea a fost criticată pe motiv că astfel de gaze erau foarte reactive și au o durată de viață scurtă în atmosferă.
Ce a controlat co?
La sfârșitul anilor 1970, Veerabhadran Ramanathan, acum la Scripps Institution of Oceanography, și Robert D. Cess și Tobias Owen de la Stony Brook University au propus o altă soluție. Ei au postulat că nu era nevoie de metan în atmosfera timpurie, deoarece dioxidul de carbon era suficient de abundent pentru a produce efectul de seră. Din nou, acest argument a ridicat o altă întrebare: Cât de mult dioxid de carbon a existat în atmosfera timpurie? În prezent, dioxidul de carbon terestru este îngropat în roci carbonatice, cum ar fi calcarul, deși nu este clar când a rămas blocat acolo. Astăzi, carbonatul de calciu este creat în principal în timpul activității biologice; în eonul arhean, carbonul poate că a fost eliminat în principal în timpul reacțiilor anorganice.
Gazarea rapidă a planetei a eliberat cantități voluminoase de apă din mantaua, creând oceanele și ciclul hidrologic. Acizii care erau probabil prezenți în atmosferă au erodat rocile, formând roci bogate în carbonat. Importanța relativă a unui astfel de mecanism este, totuși, dezbătută. Heinrich D. Holland de la Universitatea Harvard crede că cantitatea de dioxid de carbon din atmosferă a scăzut rapid în timpul Arheanului și a rămas la un nivel scăzut.
Înțelegerea conținutului de dioxid de carbon din atmosfera timpurie este esențială pentru înțelegerea controlului climatic. Două tabere aflate în conflict au prezentat idei despre cum funcționează acest proces. Primul grup susține că temperaturile globale și dioxidul de carbon au fost controlate prin reacții geochimice anorganice; al doilea afirmă că au fost controlate prin eliminare biologică.
James C. G. Walker, James F. Kasting și Paul B. Hays, pe atunci la Universitatea Michigan din Ann Arbor, au propus modelul anorganic în 1981. Ei au postulat că nivelurile de gaz erau ridicate la începutul Arheanului și nu au scăzut vertiginos. Cei trei au sugerat că, pe măsură ce clima s-a încălzit, s-a evaporat mai multă apă, iar ciclul hidrologic a devenit mai viguros, crescând precipitațiile și scurgerile. Dioxidul de carbon din atmosferă s-a amestecat cu apa de ploaie pentru a crea o scurgere de acid carbonic, expunând mineralele de la suprafață la intemperii. Mineralele de silicat s-au combinat cu carbonul care fusese în atmosferă, sechestrându-l în rocile sedimentare. Mai puțin dioxid de carbon în atmosferă a însemnat, la rândul său, un efect de seră mai mic. Procesul de feedback negativ anorganic a compensat creșterea energiei solare.
Această soluție contrastează cu o a doua paradigmă: eliminarea biologică. O teorie avansată de James E. Lovelock, un inițiator al ipotezei Gaia, presupunea că microorganismele care fac fotosinteză, cum ar fi fitoplanctonul, ar fi foarte productive într-un mediu cu un nivel ridicat de dioxid de carbon. Aceste creaturi au eliminat încet dioxidul de carbon din aer și oceane, transformându-l în sedimente de carbonat de calciu. Criticii au replicat că fitoplanctonul nici măcar nu a evoluat în cea mai mare parte a timpului în care Pământul a avut viață. (Ipoteza Gaia susține că viața pe Pământ are capacitatea de a regla temperatura și compoziția suprafeței Pământului și de a o menține confortabilă pentru organismele vii.)
La începutul anilor 1990, Tyler Volk de la Universitatea din New York și David W. Schwartzman de la Universitatea Howard au propus o altă soluție gaiană. Ei au observat că bacteriile cresc conținutul de dioxid de carbon din soluri prin descompunerea materiei organice și prin generarea de acizi humici. Ambele activități accelerează meteorizarea, eliminând dioxidul de carbon din atmosferă. În acest punct, însă, controversa devine acută. Unii geochimiști, inclusiv Kasting, în prezent la Pennsylvania State University, și Holland, postulează că, deși viața poate explica o parte din eliminarea dioxidului de carbon după Arhean, procesele geochimice anorganice pot explica cea mai mare parte a sechestrării. Acești cercetători privesc viața ca pe un mecanism de stabilizare climatică destul de slab pentru cea mai mare parte a timpului geologic.
Oxigenul din alge
Cu privire la modul în care viața a influențat atmosfera, chestiunea carbonului rămâne esențială. Îngroparea carbonului este o cheie pentru procesul vital de creștere a concentrațiilor de oxigen atmosferic – o condiție prealabilă pentru dezvoltarea anumitor forme de viață. În plus, încălzirea globală are loc în prezent ca urmare a eliberării acestui carbon de către oameni. Timp de un miliard sau două miliarde de ani, algele din oceane au produs oxigen. Dar pentru că acest gaz este foarte reactiv și pentru că existau multe minerale reduse în oceanele antice – fierul, de exemplu, este ușor de oxidat – o mare parte din oxigenul produs de ființele vii a fost pur și simplu consumat înainte de a putea ajunge în atmosferă, unde ar fi întâlnit gaze care ar fi reacționat cu el.
Chiar dacă procesele evolutive ar fi dat naștere unor forme de viață mai complicate în timpul acestei ere anaerobe, acestea nu ar fi avut oxigen. Mai mult, lumina ultravioletă a soarelui neprotejată le-ar fi ucis probabil dacă ar fi părăsit oceanul. Cercetători precum Walker și Preston Cloud, pe atunci la Universitatea California din Santa Barbara, au sugerat că abia în urmă cu aproximativ două miliarde de ani, după ce majoritatea mineralelor reduse din mare au fost oxidate, s-a acumulat oxigen atmosferic. Între un miliard și două miliarde de ani în urmă, oxigenul a atins nivelurile actuale, creând o nișă pentru evoluția vieții.
Examinând stabilitatea anumitor minerale, cum ar fi oxidul de fier sau oxidul de uraniu, Holland a arătat că conținutul de oxigen din atmosfera arheiană era scăzut înainte de acum două miliarde de ani. Este în mare parte acceptat faptul că actualul conținut de oxigen de 20 la sută este rezultatul activității fotosintetice. Totuși, întrebarea este dacă conținutul de oxigen din atmosferă a crescut treptat în timp sau brusc. Studiile recente indică faptul că creșterea oxigenului a început brusc între 2,1 miliarde și 2,03 miliarde de ani în urmă și că s-a ajuns la situația actuală acum 1,5 miliarde de ani.
Prezența oxigenului în atmosferă a avut un alt beneficiu major pentru un organism care încerca să trăiască la suprafață sau deasupra acesteia: a protejat de radiațiile ultraviolete. Radiația ultravioletă descompune multe molecule – de la ADN și oxigen până la cloruorocarburile care sunt implicate în epuizarea ozonului stratosferic. O astfel de energie scindează oxigenul în forma atomică extrem de instabilă O, care se poate combina din nou în O2 și în molecula foarte specială O3, sau ozon. Ozonul, la rândul său, absoarbe radiațiile ultraviolete. Abia după ce oxigenul a fost suficient de abundent în atmosferă pentru a permite formarea ozonului, viața a avut șansa de a prinde rădăcini sau de a se instala pe uscat. Nu este o coincidență faptul că evoluția rapidă a vieții de la procariote (organisme unicelulare fără nucleu) la eucariote (organisme unicelulare cu nucleu) și până la metazoare (organisme pluricelulare) a avut loc în era de un miliard de ani a oxigenului și a ozonului.
Deși atmosfera atingea un nivel destul de stabil de oxigen în această perioadă, clima nu era deloc uniformă. Au existat etape lungi de căldură sau răcoare relativă în timpul tranziției către timpul geologic modern. Compoziția cochiliilor de plancton fosil care au trăit în apropierea oorului oceanic oferă o măsură a temperaturilor apei de fund. Înregistrarea sugerează că, în ultimii 100 de milioane de ani, apele de fund s-au răcit cu aproape 15 grade Celsius. Nivelul mărilor a scăzut cu sute de metri, iar continentele s-au îndepărtat. Mările interioare au dispărut în mare parte, iar clima s-a răcit în medie cu 10 până la 15 grade C. Cu aproximativ 20 de milioane de ani în urmă, se pare că s-a format gheață permanentă în Antarctica.
Cu aproximativ două până la trei milioane de ani în urmă, înregistrările paleoclimatice încep să arate expansiuni și contracții semnificative ale perioadelor calde și reci în cicluri de aproximativ 40.000 de ani. Această periodicitate este interesantă deoarece corespunde timpului necesar Pământului pentru a finaliza o oscilație a înclinării axei sale de rotație. S-a speculat de mult timp, și s-a calculat recent, că schimbările cunoscute în geometria orbitală ar putea modifica cantitatea de lumină solară care intră între iarnă și vară cu aproximativ 10 procente și ar putea fi responsabilă pentru inițierea sau încheierea erelor glaciare.
Mâna caldă a omului
Cel mai interesant și mai perplex este descoperirea că între 600.000 și 800.000 de ani în urmă ciclul dominant a trecut de la perioade de 40.000 de ani la intervale de 100.000 de ani cu uctuații foarte mari. Ultima fază majoră de glaciațiune s-a încheiat în urmă cu aproximativ 10.000 de ani. La apogeu, în urmă cu 20.000 de ani, pături de gheață de aproximativ doi kilometri grosime acopereau o mare parte din nordul Europei și America de Nord. Ghețarii s-au extins pe platourile înalte și în munții din întreaga lume. A fost blocată suficientă gheață pe uscat pentru ca nivelul mării să scadă cu peste 100 de metri sub nivelul actual. Straturi masive de gheață au măturat pământul și au remodelat fața ecologică a Pământului, care era în medie cu ve grade C mai rece decât este în prezent.
Cauzele precise ale intervalelor mai lungi dintre perioadele calde și cele reci nu sunt încă lămurite. Este posibil ca erupțiile vulcanice să fi jucat un rol semnificativ, așa cum arată efectul El Chichón din Mexic și al Muntelui Pinatubo din Filipine. Este posibil ca evenimentele tectonice, cum ar fi dezvoltarea Himalayei, să fi influențat clima mondială. Chiar și impactul cometelor poate influența tendințele climatice pe termen scurt, cu consecințe catastrofale pentru viață. Este remarcabil faptul că, în ciuda perturbațiilor violente și episodice, clima a fost suficient de amortizată pentru a susține viața timp de 3,5 miliarde de ani.
Una dintre cele mai importante descoperiri climatice din ultimii 30 de ani a provenit din carote de gheață din Groenlanda și Antarctica. Atunci când zăpada cade pe aceste continente înghețate, aerul dintre boabele de zăpadă este prins sub formă de bule. Zăpada este comprimată treptat în gheață, împreună cu gazele capturate. Unele dintre aceste înregistrări pot merge mai mult de 500.000 de ani în urmă; oamenii de știință pot analiza conținutul chimic al gheții și al bulelor din secțiuni de gheață care se află la o adâncime de până la 3.600 de metri sub suprafață.
Corele de gheață au determinat că aerul respirat de vechii egipteni și indienii anasazi era foarte asemănător cu cel pe care îl inhalăm noi astăzi – cu excepția unei serii de poluanți atmosferici introduși în ultimii 100 sau 200 de ani. Principalele dintre aceste gaze sau poluanți adăugați sunt dioxidul de carbon și metanul. Începând cu aproximativ 1860 – expansiunea Revoluției Industriale – nivelurile de dioxid de carbon din atmosferă au crescut cu peste 30% ca urmare a industrializării și defrișărilor; nivelurile de metan au crescut de peste două ori din cauza agriculturii, a utilizării terenurilor și a producției de energie. Capacitatea cantităților crescute ale acestor gaze de a reține căldura este ceea ce determină preocupările legate de schimbările climatice în secolul XXI .
Cele de gheață au arătat că ratele naturale susținute ale schimbărilor de temperatură la nivel mondial sunt, de obicei, de aproximativ un grad C pe mileniu. Aceste schimbări sunt totuși suficient de semnificative pentru a fi modificat radical locul în care trăiesc speciile și pentru a fi contribuit potențial la dispariția unor megafaune carismatice precum mamuții și tigrii cu dinți de sabie. Dar cea mai extraordinară poveste din carote de gheață nu este însă stabilitatea relativă a climei în ultimii 10.000 de ani. Se pare că în timpul apogeului ultimei ere glaciare, acum 20.000 de ani, în aer era cu 50% mai puțin dioxid de carbon și mai puțin de jumătate din cantitatea de metan decât a fost în timpul epocii noastre, Holocenul. Această constatare sugerează un feedback pozitiv între dioxidul de carbon, metan și schimbările climatice.
Raționamentul care susține ideea acestui sistem de feedback destabilizator este următorul. Când lumea era mai rece, exista o concentrație mai mică de gaze cu efect de seră și, prin urmare, mai puțină căldură era captată. Pe măsură ce Pământul s-a încălzit, nivelurile de dioxid de carbon și metan au crescut, accelerând încălzirea. Dacă viața a avut un rol în această poveste, acesta ar fi fost acela de a impulsiona, mai degrabă decât de a se opune, schimbărilor climatice. Pare din ce în ce mai probabil că, atunci când oamenii au devenit parte a acestui ciclu, au contribuit și ei la accelerarea încălzirii. O astfel de încălzire a fost deosebit de pronunțată de la jumătatea anilor 1800, din cauza emisiilor de gaze cu efect de seră generate de industrializare, de schimbarea destinației terenurilor și de alte fenomene. Încă o dată, însă, rămân incertitudini.
Cu toate acestea, majoritatea oamenilor de știință ar fi de acord că viața ar putea foarte bine să fie factorul principal în reacția pozitivă dintre schimbările climatice și gazele cu efect de seră. A existat o creștere rapidă a temperaturii medii globale de suprafață la sfârșitul secolului XX . Într-adevăr, perioada începând cu anii 1980 a fost cea mai caldă din ultimii 2.000 de ani. Nouăsprezece din cei mai calzi 20 de ani înregistrați au avut loc începând cu 1980, iar cei mai calzi 12 ani au avut loc începând cu 1990. Anul record absolut a fost 1998, iar 2002 și 2003 au fost pe locurile doi și, respectiv, trei. Există motive întemeiate pentru a crede că deceniul 1990 ar fi fost și mai cald dacă nu ar fi erupt Muntele Pinatubo: acest vulcan a pus suficient praf în atmosfera înaltă pentru a bloca o parte din lumina solară incidentă, provocând o răcire globală de câteva zecimi de grad timp de câțiva ani.
S-ar fi putut ca încălzirea din ultimii 140 de ani să se fi produs în mod natural? Cu o certitudine din ce în ce mai mare, răspunsul este nu.
Căsuța din dreapta prezintă un studiu remarcabil care a încercat să împingă înapoi recordul de temperatură din emisfera nordică cu 1.000 de ani. Climatologul Michael Mann de la Universitatea din Virginia și colegii săi au efectuat o analiză statistică complexă care a implicat aproximativ 112 factori diferiți legați de temperatură, inclusiv inelele copacilor, întinderea ghețarilor montani, schimbările din recifele de corali, activitatea petelor solare și vulcanismul.
Registrul de temperatură rezultat este o reconstrucție a ceea ce s-ar fi putut obține dacă ar fi fost disponibile măsurători bazate pe termometre. (Măsurătorile reale ale temperaturii sunt folosite pentru anii de după 1860.) După cum arată intervalul de încredere, există o incertitudine considerabilă în fiecare an al acestei reconstituiri a temperaturii pe 1.000 de ani. Dar tendința generală este clară: o scădere treptată a temperaturii în primii 900 de ani, urmată de o creștere bruscă a temperaturii în secolul XX. Acest grafic sugerează că deceniul 1990 nu a fost doar cel mai cald al secolului, ci și al întregului mileniu trecut.
Studiind tranziția de la atmosfera bogată în dioxid de carbon și cu conținut scăzut de oxigen din Arhean la epoca de mare progres evolutiv de acum aproximativ o jumătate de miliard de ani, devine clar că viața ar fi putut fi un factor de stabilizare a climei. Într-un alt exemplu – în timpul erelor glaciare și al ciclurilor interglaciare – viața pare să fi avut funcția opusă: accelerarea schimbărilor, mai degrabă decât diminuarea lor. Această observație l-a determinat pe unul dintre noi (Schneider) să susțină că clima și viața au coevoluat, mai degrabă decât ca viața să servească doar ca un feedback negativ asupra climei.
Dacă noi, oamenii, ne considerăm parte a vieții – adică parte a sistemului natural – atunci s-ar putea argumenta că impactul nostru colectiv asupra Pământului înseamnă că am putea avea un rol co-evolutiv semnificativ în viitorul planetei. Tendințele actuale de creștere a populației, cererile de creștere a standardelor de viață și utilizarea tehnologiei și a organizațiilor pentru a atinge aceste obiective orientate spre creștere, toate acestea contribuie la poluare. Atunci când prețul poluării este scăzut și când atmosfera este folosită ca o canalizare gratuită, se pot acumula dioxidul de carbon, metanul, cloro-orocarburile, oxizii de azot, oxizii de sulf și alte substanțe toxice.
Schimbări drastice în viitor
În raportul lor Climate Change 2001, experții climatici din cadrul Intergovernmental Panel on Climate Change au estimat că lumea se va încălzi între 1,4 și 5,8 grade C până în 2100. Capătul blând al acestui interval – o rată de încălzire de 1,4 grade Celsius la 100 de ani – este totuși de 14 ori mai rapid decât un grad Celsius la 1.000 de ani, care a fost, din punct de vedere istoric, rata medie a schimbărilor naturale la scară globală. În cazul în care se ajunge la capătul superior al intervalului, atunci am putea asista la rate de schimbare climatică de aproape 60 de ori mai rapide decât condițiile medii naturale, ceea ce ar putea duce la schimbări pe care mulți le-ar considera periculoase. Schimbările în acest ritm ar forța aproape sigur multe specii să încerce să își mute arealul, așa cum au făcut-o în urma tranziției dintre epoca glaciară și cea interglaciară de acum 10.000 și 15.000 de ani. Nu numai că speciile ar trebui să reacționeze la schimbările climatice în ritmuri de 14 până la 60 de ori mai rapide, dar puține dintre ele ar avea rute de migrație netulburate și deschise, așa cum au avut la sfârșitul erei glaciare și la începutul erei interglaciare. Efectele negative ale acestei încălziri semnificative – asupra sănătății, agriculturii, geografiei de coastă și siturilor de patrimoniu, pentru a numi doar câteva – ar putea fi, de asemenea, severe.
Pentru a face proiecțiile critice ale schimbărilor climatice viitoare, necesare pentru a înțelege soarta ecosistemelor de pe Pământ, trebuie să săpăm prin pământ, mare și gheață pentru a învăța cât mai multe din înregistrările geologice, paleoclimatice și paleoecologice. Aceste înregistrări ne oferă fundalul pe care să calibrăm instrumentele rudimentare pe care trebuie să le folosim pentru a privi în viitorul sumbru al mediului, un viitor din ce în ce mai influențat de noi.
AUTORII
CLAUDE J. ALLGRE și STEPHEN H. SCHNEIDER studiază diferite aspecte ale istoriei geologice a Pământului și ale climei sale. Allgre este profesor la Universitatea din Paris și conduce departamentul de geochimie al Institutului de Geofizică din Paris. Este membru străin al Academiei Naționale de Științe. Schneider este profesor în cadrul departamentului de științe biologice de la Universitatea Stanford și co-director al Centrului pentru Știința și Politica Mediului. A fost distins cu o bursă MacArthur Prize Fellowship în 1992 și a fost ales membru al Academiei Naționale de Științe în 2002.
.