Dette er det andet i en fem-dels serie skrevet af eksperter, der blev vist i Smithsonians nye Hall of Fossils - Deep Time-udstillingen, der åbnede 8. juni på National Museum of Natural History. Hele serien kan findes ved at besøge vores Deep Time Special Report
Hundreder af millioner af år siden, massive iskapper hylede Jordens kontinenter fra kyst til kyst. Kun bjergtoppene på klodens bjerge stod over isen, mens gletsjere grundede sig og knuste sig gennem grundfjeldet og trægte langsomt mod de snedækkede sletter. Hvor gletscherne mødte verdenshavene, kalvede enorme blokke is og klippe fra gletscherne og faldt ned i havet. Livet, for det meste alger, cyanobakterier og andre bakterier, vedvarede på en eller anden måde i de små isfri lommer med havvand. Som en iskald planet i et fjernt solsystem var Jorden i dets formative år, en ungfase kendt som ”Snowball” Jorden, et meget andet sted end den mest blå planet i dag.
Dramatiske skift i Jordens klima har længe fascineret geovidenskabsfolk. Geovidenskabsfolk studerer perioder, hvor Jorden var grundlæggende forskellig fra i dag for at lære om hastigheden og tidspunktet for klimaforandringer. Mystikken omkring en planet næsten udelukkende dækket af is, så uigenkendelig for os i dag, er åbenlyst. Den uophørlige tvetydighed ved kun at kende en del af Jordens historie - en historie, hvis blæk falmer i stigende grad med tiden, når de originale geologiske lag genanvendes for at danne nye - skaber en konstant cyklus af ny opdagelse, da bevis er iterativt vævet sammen.
Kernen i at afsløre mysteriet i vores planetens historie er spørgsmålet: Hvordan fungerer jorden? Fossile poster peger på tovejs interaktion mellem liv og Jordens systemer. Disse interaktioner styres af kulstofcyklussen, en delikat planetskala-maskine, der bestemmer Jordens klima. I sidste ende er det at forstå, hvordan Jordens kulstofcyklus fungerer, at forstå den menneskelige indflydelse, der i øjeblikket påvirker den: På trods af fortidens tvetydighed, er vores nuværende bane unik bestemt.
Sidste gang en Snowball Earth skete, var 640 millioner år siden, i en periode kendt som Cryogenian. På det tidspunkt var det komplekse liv endnu ikke udviklet, så det er vanskeligt at vide, hvilken brøkdel af livet der omkom under den uvurderlige is. Efter ca. ti millioner år begyndte isen at trække sig tilbage og forsynede havene med rigelige næringsstoffer for livet. Denne havbuffet efter glat er sammenfaldende med det første fossile bevis for svampe, og det kan derfor have fremmet fremkomsten af de første dyr. Baseret på de få resterende lag af gammel havbund finder vi forskere, at planeten næsten helt var frosset, ikke kun en gang, men flere gange i de første år.
I modsætning hertil har andre perioder i Jordens historie været meget varme. For 22 millioner år siden, under eocen, besatte de frodige mega-skove af sumpcypress og daggrydtræ det, der nu er polarcirklen, og de første dyr, som vi ville genkende som pattedyr, optrådte i fossilrekorden. Perioder som eocenen omtales ofte som en "drivhus" -jord, fordi de vides at falde sammen med høje niveauer af kuldioxid i atmosfæren.
Meget ligesom Goldilocks, der søger efter den grød, der er lige den rigtige temperatur, er Jordens klima gentagne gange samplet fra ekstremiteterne.
Selvom forestillingen om at skifte mellem isdækkede eller sump-inficerede planeter måske lyder formidabelt, skete sådanne store klimaforskyvninger over titusinder af år, hvilket gav livet masser af evolutionær tid til at udvikle nye strategier for at få succes. Disse langsomme overgange fra klimhus til Icehouse klima er et resultat af subtile ændringer i jordens geologiske kulstofcyklus.
Gennem Jordens historie har vulkaner kontinuerligt udluftet kulstof, der er lagret dybt i Jordens indre som reaktion på skiftende tektoniske plader. Kuldioxid (CO2) fra en række spændende vulkaner oversvømmer ud i atmosfæren, hvor det opløses i regnvand og falder tilbage til Jorden. Når regnvandet siver ned gennem jorden, opløser det klippen og opsamler kalk undervejs. Flodsystemer leverer derefter calcium og CO2 til havet, og når calciumcarbonat eller kalksten udfældes, ofte takket være forkalkningsorganismer som koraller og bløddyr, er CO2 endelig låst væk.
I nogle henseender er kulstofcyklussen lidt som at opvarme et hjem med en ødelagt termostat: Når ovnen udsætter for meget varme eller CO2, kan der åbnes vinduer for at afkøle huset. For kulstofcyklussen opvarmer en stigning i vulkanernes aktivitet planeten, som er afbalanceret af en stigning i klippeforvitring inden for jord, hvor mere kalk og CO2 flyttes ind i havene for at danne kalksten og skabe en negativ feedback, der holder den atmosfæriske CO2-niveau stabilt, og i forlængelse heraf, planetens temperatur, i check. Denne trækkraft mellem ovnen eller den globale CO2-udledning og vinduerne eller forvitringen af klipper bestemmer i vid udstrækning tilstanden af Jordens klima. Det er let at se vulkaner som de uærlige aktører i dette klimabrug; Dog kan lysløs og ikke-reagerende stenforvitring inden for jord være lige så skurk.
Damp og andre gasser, såsom kuldioxid, siver ud af jorden nær en vulkan i Island. Selvom planter optager kuldioxid, overkalkuleres meget af dette kulstof over en million år tilbage til atmosfæren, således at vulkaner har fungeret som en netto kilde til atmosfærisk kuldioxid gennem hele Jordens historie. (Kate Maher) På mirakuløst vis er planetens jord stort set ret dygtig til at åbne og lukke vinduer, hvis de får tilstrækkelig tid. I gennemsnit er levetiden for et kulstofmolekyle i havatmosfære-systemet omkring 300.000 år, og således er jorden på millioner år tidsbalanceret for det meste af de åbne vinduer.
Ikke desto mindre har klimakatastrofer forekommet mange gange i Jordens historie, ofte sammenfaldende med store masseudryddelser. Det er vanskeligt at afsløre den skyldige bag disse katastrofale begivenheder. Lejlighedsvis falder overdreven vulkanudslip mistænkeligt sammen med store omvæltninger i kulstofcyklussen.
Ved afslutningen af Perm, for 251 millioner år siden, brød de sibiriske fælder ud på kulbedene i det, der nu er Sibirien, og frigav så meget kulstof, at den globale opvarmning og forsuring af havet helt sikkert spillede en rolle i den største af marine udryddelser. Ved slutpermisk udryddelse af masse blev 90 procent af de marine arter udryddet, hvorefter langsomt, over millioner af år, blev kulstofbalancen genoprettet og livet gendannet. Livet så anderledes ud end før, med den første optræden af ichthyosaurer og scleractinian koraller.
Smithsonians udstilling "Fossil Hall — Deep Time" åbner 8. juni 2019. (Smithsonian.com) Det er fristende at se historien om Jorden som en af katastrofale omvæltninger efterfulgt af etablering af nye og stadig mere komplekse livsformer. Dette er sandt, men måske en mere mirakuløs historie er, hvordan to tilsyneladende uensartede aktører, CO2-emitterende vulkaner og jord-flod-havet kontinuum, der returnerer CO2 til Jordens indre, formåede at holde Jordens klima for det meste beboeligt i milliarder af år. Estimater fra fossile jordarter og planter såvel som havaflejringer antyder, at atmosfæriske CO2-niveauer i mindst de sidste 600 millioner år stort set har været inden for fem gange førindustrielle niveauer.
Til sammenligning antyder det mest pessimistiske scenarie fremsat af Det Mellemstatslige Panel for Klimaforandringer (IPCC) at atmosfæriske CO2-niveauer kunne nærme sig 3, 5 til 5 gange førindustrielle værdier inden år 2100, niveauer, der ikke er set siden slutpermisk masseudryddelse. For at sætte dette i perspektiv udsender mennesker nu CO2 med en hastighed, der er cirka 68 gange den hastighed, det kan returneres til den faste jord via verdenshavene. Der er i øjeblikket ingen kendt måde at øge overførslen af kulstof ved jord og floder med mere end et par procent, således at det vil tage hundreder af tusinder af år at fjerne det overskydende CO2 fra havatmosfære systemet. Desuden kortslutter vi langsomt jordbunden, floder og økosystemer, der arbejder samlet for at overføre CO2 fra atmosfæren til oceanerne og til sidst til kalksten, på grund af ændringer i arealanvendelse og befolkningstilvækst.
Det er let at se på de store blå oceaner, frodige grønne skove, sarte ørkener og snedækkede toppe gennem linsen fra Jordens historie og konkludere med at Jorden vil passe på sig selv. Virkeligheden er, at Jorden aldrig har set et geologisk middel så hurtigt og nådesløst som mennesker. Selvom Jorden ser langt anderledes ud nu end den hidtil, gælder stadig lektioner fra Jordens historie: Vi skifter op varmen langt hurtigere end Jorden muligvis kan åbne vinduerne.
