Tämä on toinen asiantuntijoiden kirjoittamasta viisiosaisesta sarjasta, joka on esitelty Smithsonianin uudessa fossiilisalissa - Syväaika -näyttelyssä, joka avataan 8. kesäkuuta Kansallisluonnontieteellisessä museossa. Koko sarja löytyy Deep Time Special Report -sivustoltamme
Satoja miljoonia vuosia sitten massiiviset jäälakit suojasivat maan mantereita rannikolta rannikolle. Ainoa planeetan vuorten huiput seisoivat jään yläpuolella jäätiköiden laskeutuessa maahan ja murskanneet tiensä kallioperän läpi kulkeen hitaasti kohti lumen peittämiä tasangot. Kun jäätiköt tapasivat valtameriä, valtavat jää- ja kalliopalikat poikistuivat jäätiköistä ja putosivat mereen. Elämä, lähinnä levät, sinilevät ja muut bakteerit, jatkui jotenkin meriveden pienissä jäättömissä taskuissa. Kuten kaukaisessa aurinkojärjestelmässä sijaitseva jäinen planeetta, Maa oli muodostumisvuosiensa aikana, nimeltään "lumipallo" -maana tunnettu nuoruuden vaihe, aivan erilainen paikka kuin nykyään enimmäkseen sininen planeetta.
Maan ilmaston dramaattiset muutokset ovat jo pitkään kiehtoneet geotieteilijöitä. Geotieteilijät tutkivat ajanjaksoja, jolloin maapallo oli pohjimmiltaan erilainen kuin nykyään, saadakseen selville ilmastonmuutoksen nopeudesta ja ajoituksesta. Melkein kokonaan jään peittämän planeetan mystiikka, jota meille tänään ei tunneta, on ilmeinen. Laimaton epäselvyys tietää vain osa maapallon tarinasta - tarina, jonka muste haalistuu ajan myötä yhä enemmän, kun alkuperäiset geologiset kerrokset kierrätetään uusien muodostamiseksi - luo jatkuvan uusien löytösyklien, koska todisteet kudotaan iteratiivisesti yhdessä.
Maapallomme historian mysteerin purkamisen ytimessä on kysymys: Kuinka maa toimii? Fossiilitiedot viittaavat kaksisuuntaiseen vuorovaikutukseen elämän ja Maan järjestelmien välillä. Näitä vuorovaikutuksia säätelee hiilisykli, herkkä planeettamittakaavan kone, joka määrittelee maan ilmasto. Viime kädessä ymmärtääksesi, kuinka maapallon hiilisykli toimii, on arvioida siihen tällä hetkellä vaikuttavia ihmisten vaikutuksia: Menneisyyden epäselvyydestä huolimatta nykyinen suuntaamme on ainutlaatuisen varma.
Viimeksi lumipallo-maa tapahtui 640 miljoonaa vuotta sitten, kryogeeniläisenä tunnetun ajanjakson aikana. Tuolloin monimutkainen elämä ei ollut vielä kehittynyt, joten on vaikea tietää, mikä osa elämästä menehtyi turmeltumattoman jään alla. Noin kymmenen miljoonan vuoden kuluttua jää alkoi vetäytyä, varustaen valtameret runsain ravinteiksi elämää varten. Tämä jäätikköjen jälkeinen valtameribuffet on samanaikainen ensimmäisten fossiilisten todisteiden kanssa sienille, ja siten se on saattanut edistää ensimmäisten eläinten syntymistä. Muutaman jäljellä olevan muinaisen merenpohjan kerroksen perusteella tutkijat ajattelevat, että planeetta oli melkein kokonaan jäätynyt, ei vain kerran, vaan useita kertoja alkuvuosinaan.
Sitä vastoin muut maapallon historian ajanjaksot ovat olleet erittäin lämpimiä. Viisikymmentäkaksi miljoonaa vuotta sitten, eoseenin aikana, rehevä metsi metsässä soiden sypressi ja koivun punapuu valloitti nykyisen arktisen ympyrän, ja ensimmäiset eläimet, jotka tunnustamme nisäkkäinä, ilmestyivät fossiilitiedot. Eoseenin kaltaisille ajanjaksoille viitataan usein nimellä "kasvihuone" Maa, koska niiden tiedetään vastaavan korkeita hiilidioksidipitoisuuksia ilmakehässä.
Aivan kuten Goldilocks etsii puuroa, jolla on juuri oikea lämpötila, maan ilmasto on toistuvasti ottanut näytteitä ääripäistä.
Vaikka käsitys vaihtamisesta jääpeitteisten tai suolla saastuneiden planeettojen välillä voi kuulostaa valtavalta, niin suuria ilmastomuutoksia tapahtui kymmenien miljoonien vuosien aikana, mikä antoi elämälle runsaasti evoluutioaikaa uusien strategioiden kehittämiseksi menestyäksi. Nämä hitaat siirtymät kasvihuoneilmastosta Icehouse-ilmastoihin ovat seurausta hienoisista muutoksista maan geologisessa hiilisyklissä.
Koko maapallon historian ajan tulivuoret ovat jatkuvasti ilmauttaneet hiiltä, joka on varastoitunut syvälle maan sisustukseen vastauksena muuttuviin tektonisiin levyihin. Hiilidioksidi (CO2) joukosta röyhtäileviä tulivuoria tulvii ilmakehään, missä se liukenee sadevedessä ja putoaa takaisin Maahan. Kun sadevesi imeytyy maaperän läpi, se liuottaa kivin ja poimii kalsiumia matkan varrella. Jokijärjestelmät toimittavat sitten kalsiumin ja hiilidioksidin valtamerelle, ja kun kalsiumkarbonaattia tai kalkkikiveä saostuu, usein kalkkipitoisten organismien, kuten korallien ja nilviäisten, ansiosta CO2 lukitaan lopulta.
Joissain suhteissa hiilisykli on vähän kuin kodin lämmitys rikkoutuneella termostaatilla: Kun uuni tuottaa liian paljon lämpöä tai hiilidioksidia, ikkunat voidaan avata kodin jäähdyttämiseksi. Hiilikiertoa varten tulivuorien aktiivisuuden lisääntyminen lämmittää planeettaa, jota tasapainottaa lisääntyvä kalliokerroin maaperään, siirtämällä enemmän kalsiumia ja hiilidioksidia valtamereihin kalkkikiven muodostamiseksi ja luomalla negatiivisen palautteen, joka pitää ilmakehän hiilidioksidin tason tasaisena, ja laajennettuna planeetan lämpötila, tarkastuksessa. Tämä uunin tai globaalien hiilidioksidipäästöjen ja ikkunoiden tai kivien sään välinen sodankäynti määrää suurelta osin maapallon ilmastotilan. Tulivuoria on helppo nähdä huonoina toimijoina tässä ilmasto-ohjauksessa; kuitenkin lujaton ja reagoimaton kalliokerros maaperän sisällä voi olla yhtä surkeata.
Höyry ja muut kaasut, kuten hiilidioksidi, vuotavat maasta lähellä Islannin tulivuoria. Vaikka kasvit ottavat hiilidioksidin talteen, yli miljoonan vuoden kuluessa suuri osa tästä hiilestä palautetaan ilmakehään siten, että tulivuoret ovat toimineet ilmakehän hiilidioksidin nettolähteenä koko maapallon historian ajan. (Kate Maher) Ihmeellisesti planeetan maaperä on enimmäkseen melko taitava ikkunoiden avaamisessa ja sulkemisessa, jos niille annetaan riittävästi aikaa. Hiilimolekyylin elinkaari valtameri-ilmakehän järjestelmässä on keskimäärin noin 300 000 vuotta, ja siten miljoonan vuoden aikavälillä Maata tasapainottaa enimmäkseen avoimet ikkunat.
Siitä huolimatta, ilmastokatastrofeja on tapahtunut useita kertoja maapallon historiassa, samaan aikaan samanaikaisesti suurten joukkotuhojen kanssa. Näiden katastrofaalisten tapahtumien syyllisen paljastaminen on vaikeaa. Toisinaan liialliset tulivuoren päästöt sattuvat epäilyttäen samaan aikaan hiilikierron suurten häiriöiden kanssa.
Permin lopussa, 251 miljoonaa vuotta sitten, Siperian ansoja purkautui nykyisen Siperian hiilipetille, vapauttaen niin paljon hiiltä, että ilmaston lämpenemisellä ja valtamerten happamoitumisella oli varmasti rooli suurimmassa meren sukupuuttoon. Perman joukkotuhojen lopussa 90 prosenttia merilajeista kuoli sukupuuttoon, sitten hitaasti, miljoonien vuosien aikana, hiilitasapaino palautettiin uudelleen ja elämä toipui. Elämä näytti erilaiselta kuin ennen, kun ilmestyi ihtiosyeauruksia ja skleraktiini-korallia.
Smithsonianin "Fossil Hall - Deep Time" -näyttely avataan 8. kesäkuuta 2019. (Smithsonian.com) On houkuttelevaa nähdä tarina maasta yhtenä katastrofaalisena murroksena, jota seuraa uusien ja yhä monimutkaisempien elämämuotojen perustaminen. Tämä on totta, mutta ehkä ihmeellisempi tarina on se, kuinka kaksi näennäisesti erilaista toimijaa, hiilidioksidipäästöjä aiheuttavat tulivuoret ja maaperän, joen ja valtameren jatkumot, jotka palauttavat hiilidioksidin maapallon sisätilaan, onnistuivat pitämään maapallon ilmaston enimmäkseen asuttavina miljardeja vuosia. Fossiilisista maaperäistä ja kasveista sekä merialueista tehdyt arviot viittaavat siihen, että ainakin viimeisen 600 miljoonan vuoden aikana ilmakehän hiilidioksidipitoisuudet ovat olleet enimmäkseen viisinkertaiset teollisuuden tasoa edeltävällä tasolla.
Vertailun vuoksi hallitustenvälisen ilmastomuutosta käsittelevän paneelin (IPCC) esittämä pessimistisin skenaario ehdottaa, että ilmakehän hiilidioksidipitoisuudet voisivat lähestyä 3, 5–5-kertaisesti teollisuudenalaa edeltäviä arvoja vuoteen 2100 mennessä, tasoja, joita ei ole nähty Perman loppupuolella tapahtuneen joukkotuhonnan jälkeen. Tämän näkökulmasta katsottuna ihmiset päästävät nyt hiilidioksidia nopeudella, joka on noin 68-kertainen verrattuna siihen, kuinka nopeasti se voidaan palauttaa kiinteään maahan valtamerten kautta. Tällä hetkellä ei ole tunnettua tapaa lisätä hiilidioksidin siirtymistä maaperässä ja joissa yli muutamalla prosentilla, joten ylimääräisen hiilidioksidin poistaminen valtameri-ilmakehän järjestelmästä kestää satoja tuhansia vuosia. Maankäytön muutosten ja väestönkasvun takia oikosuljemme maahan, jokiin ja ekosysteemeihin, jotka toimivat yhdessä siirtääksemme hiilidioksidia ilmakehästä valtamerelle ja lopulta kalkkikivelle.
Maan historian linssin kautta on helppo katsoa valtavia sinisiä valtameriä, vehreitä vihreitä metsiä, herkkiä aavikoita ja lumen peittämiä huippuja ja päätellä, että maa huolehtii itsestään. Todellisuudessa Maa ei ole koskaan nähnyt geologista ainetta aivan yhtä nopeasti ja säälimätöntä kuin ihmiset. Vaikka maapallo näyttää nyt paljon erilaiselta kuin aikaisemmin, maapallon historian opetukset pätevät edelleen: Kääntämme lämpöä huomattavasti nopeammin kuin maa voi mahdollisesti avata ikkunat.
