Dette er den andre i en femdelt serie skrevet av eksperter omtalt i Smithsonians nye Hall of Fossils — Deep Time-utstillingen som åpnet 8. juni på National Museum of Natural History. Hele serien finner du ved å besøke Deep Time Special Report
For hundrevis av millioner år siden skjedde massive iskapper jordas kontinenter fra kyst til kyst. Bare toppene på planetens fjell sto over isen mens isbreer bakket og knuste seg gjennom berggrunnen, og slynget seg sakte mot de snødekte slettene. Der isbreene møtte havene, kalvede enorme blokker av is og stein seg fra breene og falt i havet. Livet, for det meste alger, cyanobakterier og andre bakterier, vedvarte på en eller annen måte i de små isfrie lommene med havvann. Som en iskald planet i et fjernt solsystem var Jorden i dens dannende år, en ungfase kjent som "Snowball" Earth, et langt annet sted enn den mest blå planeten i dag.
Dramatiske skift i jordas klima har lenge fascinert geofagfolk. Geoforskere studerer perioder der Jorden var vesentlig annerledes enn i dag for å lære om hastigheten og tidspunktet for klimaendringer. Mystikken om en planet nesten helt dekket av is, så ukjennelig for oss i dag, er åpenbar. Den uopphørlige tvetydigheten ved å kjenne bare en del av jordas historie - en historie hvis blekk blekner stadig mer med tiden når de opprinnelige geologiske lagene blir resirkulert for å danne nye - skaper en konstant syklus av ny oppdagelse som bevis er iterativt vevd sammen.
Kjernen i å avdekke mysteriet i planetenes historie er spørsmålet: Hvordan fungerer jorden? Fossile poster viser til toveis interaksjoner mellom liv og jordens systemer. Disse samhandlingene styres av karbonsyklusen, en delikat planetskala-maskin som bestemmer jordas klima. Til slutt, for å forstå hvordan jordens karbonsyklus fungerer, er å sette pris på den menneskelige innflytelsen som nå påvirker den: Til tross for fortidens tvetydighet, er vår nåværende bane unik bestemt.
Forrige gang en Snowball Earth skjedde var for 640 millioner år siden, i en periode kjent som Cryogenian. På det tidspunktet hadde det kompliserte livet ennå ikke utviklet seg, så det er vanskelig å vite hvilken brøkdel av livet som omkom under den ugjestmilde isen. Etter rundt ti millioner år begynte isen å trekke seg tilbake, og forsynte havene med rikelig med næringsstoffer for livet. Denne havbuffeten etter isfall sammenfaller med det første fossile beviset for svamper, og dermed kan det ha fremmet fremveksten av de første dyrene. Basert på de få gjenværende lagene med eldgammel havbunn, tror forskere at planeten nesten var frosset, ikke bare en gang, men flere ganger i de første årene.
I motsetning til dette har andre perioder i jordas historie vært svært varme. For 50 millioner år siden, under eocen, okkuperte frodige megaskoger av sumppress og daggryrved det som nå er polarsirkelen, og de første dyrene som vi ville kjenne igjen som pattedyr dukket opp i fossilprotokollen. Perioder som eocen blir ofte referert til som en "drivhus" jord, fordi de er kjent for å sammenfalle med høye nivåer av karbondioksid i atmosfæren.
På samme måte som Goldilocks som leter etter grøten som er akkurat riktig temperatur, har jordas klima gjentatte ganger tatt prøver fra ytterpunktene.
Selv om forestillingen om å bytte mellom isdekkede eller sumpinfiserte planeter kan høres formidabel ut, skjedde slike store klimaskift over flere titalls millioner år, og ga liv nok evolusjonær tid til å utvikle nye strategier for å lykkes. Disse langsomme overgangene fra klimhus til Icehouse klima er et resultat av subtile endringer i jordas geologiske karbonsyklus.
Gjennom jordas historie har vulkaner kontinuerlig ventilert karbon som er lagret dypt i jordas indre som svar på skiftende tektoniske plater. Karbondioksid (CO2) fra en rekke belgende vulkaner flommer ut i atmosfæren, hvor det løses opp i regnvann og faller tilbake til Jorden. Når det regnvannet perkolerer gjennom jord, løser det opp fjellet og henter kalsium underveis. Elvesystemer leverer deretter kalsium og CO2 til havet, og når kalsiumkarbonat eller kalkstein faller ut, ofte takket være forkalkende organismer som koraller og bløtdyr, blir CO2 endelig låst unna.
På noen måter er karbonsyklusen litt som å varme opp et hjem med en ødelagt termostat: Når ovnen legger ut for mye varme, eller CO2, kan du åpne vinduer for å avkjøle huset. For karbonsyklusen varmer en økning i aktiviteten til vulkaner planeten, som blir balansert av en økning i bergforvitring i jord, og flytter mer kalsium og CO2 til havene for å danne kalkstein og skape en negativ tilbakemelding som holder atmosfæriske CO2-nivåer jevn, og i forlengelse av dette, temperaturen på planeten, i sjakk. Denne dragkampen mellom ovnen, eller globale CO2-utslipp, og vinduene, eller forvitring av steiner, bestemmer i stor grad tilstanden til jordas klima. Det er lett å se vulkaner som de skumle aktørene i denne klimakraften; Imidlertid kan listløs og lite svar bergforvitring i jordsmonn være like skurk.
Damp og andre gasser, som karbondioksid, siver ut av bakken nær en vulkan på Island. Selv om planter tar opp karbondioksid, overkalkulerer over millioner år mye av det karbonet til atmosfæren, slik at vulkaner har fungert som en netto kilde til atmosfærisk karbondioksid gjennom hele Jordens historie. (Kate Maher) På mirakuløst vis er planetens jord for det meste ganske flink til å åpne og lukke vinduer, hvis de får nok tid. I gjennomsnitt er levetiden til et karbonmolekyl i havatmosfære-systemet omtrent 300 000 år, og dermed blir jorden stort sett balansert av de åpne vinduene på millionår.
Likevel har klimakatastrofer skjedd mange ganger i jordas historie, ofte sammenfallende med store masseutryddelser. Å avdekke synderen bak disse katastrofale hendelsene er vanskelig. Noen ganger faller overdreven vulkanutslipp mistenksomt med store omveltninger i karbonsyklusen.
På slutten av Perm, for 251 millioner år siden, brøt de sibiriske fellene ut på kullbedene i det som nå er Sibir, og frigjorde så mye karbon at global oppvarming og forsuring av havet absolutt spilte en rolle i den største av marine utryddelser. Ved sluttpermisk utryddelse av masse ble 90 prosent av marine arter utdødd, og deretter sakte, over millioner av år, ble karbonbalansen gjenopprettet og livet gjenopprettet. Livet så annerledes ut enn før, med det første utseendet til ichthyosaurs og scleractinian koraller.
Smithsonians utstilling "Fossil Hall — Deep Time" åpner 8. juni 2019. (Smithsonian.com) Det er fristende å se på historien om Jorden som en av katastrofale omveltninger fulgt av etablering av nye og stadig mer komplekse livsformer. Dette er sant, men kanskje en mer mirakuløs historie er hvordan to tilsynelatende uensartede skuespillere, CO2-emitterende vulkaner og jord-elv-havet kontinuum som returnerer CO2 til jordas indre, klarte å holde jordens klima stort sett beboelig i milliarder av år. Anslag fra fossile jordarter og planter, så vel som marine avsetninger, antyder at i minst de siste 600 millioner årene har atmosfærisk CO2-nivå stort sett vært innen fem ganger førindustrielle nivåer.
Til sammenligning antyder det mest pessimistiske scenariet som er lagt fram av Intergo Governmental Panel on Climate Change (IPCC) at atmosfæriske CO2-nivåer kan nærme seg 3, 5 til 5 ganger førindustrielle verdier innen år 2100, nivåer som ikke er sett siden slutten av Perm-masseutryddelsen. For å sette dette i perspektiv, avgir mennesker nå CO2 med en hastighet som er omtrent 68 ganger hastigheten det kan føres tilbake til den faste jorden via verdenshavene. Det er foreløpig ingen kjent måte å øke overføringen av karbon på jord og elver med mer enn noen få prosent, slik at det vil ta hundretusener av år å fjerne overflødig CO2 fra hav-atmosfære-systemet. I tillegg, på grunn av endringer i arealbruken og befolkningsveksten, kortslutter vi sakte jordsmonnene, elvene og økosystemene som arbeider samlet for å overføre CO2 fra atmosfæren til havene, og til slutt til kalkstein.
Det er lett å se på de enorme blå havene, frodige grønne skoger, delikate ørkener og snødekte topper gjennom linsen fra jordens historie og konkludere med at jorden vil ta seg av seg selv. Realiteten er at Jorden aldri har sett et geologisk middel ganske så raskt og nådeløst som mennesker. Selv om Jorden ser langt annerledes ut nå enn den gjorde tidligere, gjelder fortsatt leksjonene fra Jordens historie: Vi skru opp varmen langt raskere enn Jorden muligens kan åpne vinduene.
