Nyt bud på velkendt paradoks: Brint holdt Jorden varm for 3-4 milliarder år siden

To forskere fra University of Chicago har et nyt bud på, hvorfor Jorden ikke var bundfrossen i dens første levetid. Det noget overraskende svar lyder: hydrogen i kombination med nitrogen.

»Var H2 virkelig så vigtig for Jordens tidlige klima, som det nu foreslås? Well, yes and no.«

Sådan skriver James Kasting fra Pennsylvania State University, der har studeret samme problem i årevis, i en kommentar i Science til Robin Wordsworth and Raymond Pierrehumberts videnskabelige artikel i samme tidsskrift.

Paradokset fra 1972

Et af de store uløste mysterier er, hvordan Jorden blev holdt varm for de første par milliarder år.

Solens energi var for 3,8 milliarder år siden kun omkring 75 procent af det nuværende niveau. Det var ikke nok til at forhindre en global istid på dette tidspunkt, men der foreligger ikke geologiske beviser på, at dette var tilfældet.

Noget andet må have holdt Jorden varm i dens barndom og ungdom. Men hvad?

Mysteriet kendes som 'Den svage sols paradoks' og blev rejst første gang af astronomerne Carl Sagan og George Mullen i en artikel i Science i 1972.

Mange forskere har gennem tiderne forsøgt sig med en forklaring på paradokset om den svage sol. Det gælder også danske forskere.

Henrik Svensmark fra DTU Space lancerede i 2003 en forklaring baseret på, hvordan kosmisk stråling indirekte kan have reguleret Jordens klima i hele Jordens levetid og forklaret en øget opvarmning i Jordens barndom.

Læs også: Stjernerne påvirker Jordens klima

Minik Rosing fra Statens Naturhistoriske Museum under Københavns Universitet fremsatte i 2010 en forklaring på paradokset, der kort fortalt lyder, at landmasserne i Jordens tidlige historie fyldte mindre, og der var færre lave skyer. Begge forhold giver en lav tilbagekastning af sollys - og dermed en højere opvarmning.

Læs også: Videnskabens Top 5 - Runner-ups

Hvis man ikke vil følge hverken Svensmark eller Rosing, er det oplagt at lede efter en eller anden drivhusgas, der kan have holdt solenergien tilbage i Jordens atmosfære, så ikke al energien er genudstrålet til universet.

»Men hvorfor er det egentlig, at nogle gasser giver anledning til en drivhuseffekt, og andre ikke gør?«

Sådan indleder James Kasting sin kommentar i Science.

H2O (vanddamp) er en drivhusgas, fordi molekylet er asymmetrisk, og det fører til at adskillelse af ladninger i molekylet. H2O har derfor en permanent elektrisk dipolmoment, som betyder, at molekyler kan vekselvirke stærkt med elektromagnetisk stråling.

CO2 har også en elektrisk dipolmoment, men molekylet skal bøjes eller strækkes asymmetrisk, for at det opstår.

Hverken N2 eller O2 kan bøjes eller strækkes til at give dipolmoment, og de betragtes derfor ikke normalt som drivhusgasser.

Fra studier af de ydre planeter i solsystemet og deres måner ved man dog godt, at både N2 og H2 kan give et bidrag til drivhuseffekten. Det kan ske gennem kollisionsinduceret absorption, hvor molekyler, der kolliderer med hinanden, kan bringes i rotationstilstande med højere energi gennem absorption af stråling.

Hydrogen som drivhusgas

Særlig interessant er H2, idet denne gas via kollisionsinduceret absorption kan absorbere lys i et bølgelængdeområde, hvor både H2O og CO2 absorberer dårligt.

Wordsworth og Pierrehumberts beregninger viser, at tilstedeværelse af 10 pct. H2 i Jordens tidlige atmosfære kan have øget overfladetemperaturen ved 10-15 grader. Opvarmningen vil være størst, hvis der også var rigelige mængder af N2 tilstede.

Kasting accepterer beregningerne til fulde, men han er alligevel ikke overbevist om, at H2-kollisioner har haft den betydning, som Wordsworth og Pierrehumbert foreslår.

Bakterier spiser hydrogen

Årsagen er, at methanbakterier (eller methanogener) kan omdanne H2 og CO2 til CH4 (methan).

Kasting argumenterer for, at det har forhindret, at store H2-mængder har været i atmosfæren gennem lang tid.

Wordsworth og Pierrehumbert argumenterer, for at methanbakteriernes H2-forbrug kan være begrænset, så store H2-mængder har kunnet opretholdes gennem lang tid.

Til trods for denne uenighed understreger Kasting dog det interessante i, at H2 har kunnet opvarme klimaet både for den unge Jorden og den unge Mars såvel for jordlignende exoplaneter i andre solsystemer, og hvordan udvikling af methanbakterier i givet fald kan destabilisere klimaet sådanne steder.

Den svage sols paradoks har næppe fundet sin løsning, men forsøgene på at løse paradokset kan måske bidrage til jagten på exoplaneter, hvor betingelser for liv er til stede.

Dokumentation

Konference om Faint Sun Paradox

sortSortér kommentarer
  • Ældste først
  • Nyeste først
  • Bedste først

Hvis jorden er uden kontinenter så vil havvandet synke ned ved polerne når det vandet bliver 2'C. Og havvandet fryser først ved -2'C.

I dag afsættes det meste af solens stråling i 11kms højde, men da solen var koldere så udsendte den mere rødligt lys, det vil sige at der var mere synligt lys. Og det synlige lys går lige ned i havet.

  • 0
  • 0

Det räcker med att temperaturen jämnas ut så ersätts den djupaste istid med livsvänligt globalt klimat.

En sak är exempelvis att rotera snabbare, vi vet att jorden roterar allt långsammare och skulle solen lysa för evigt skulle jorden likt Merkurius till sist vända samma sida mot solen (som månen sedan länge gör mot jorden).

Effekten av att jorden roterande snabbare för 3,8Går sedan är förvånande att de inte räknar på...

För er som vill se effekten kan ni räkna på dagens soleffekt, månen och låta månen rotera (runt två axlar) så fort att all yta får samma temperatur.

Detta ger faktiskt samma som jorden har idag, men då ska man minnas att månen har 0,12 i albedo och jorden 0,3.

Peter Ole Kvints kommentar gav mig ännu en insikt.

  • 0
  • 0

Effekten av att jorden roterande snabbare för 3,8Går sedan är förvånande att de inte räknar på...

För er som vill se effekten kan ni räkna på dagens soleffekt, månen och låta månen rotera (runt två axlar) så fort att all yta får samma temperatur.

På jorden så falder temperaturen ca. 1K i timen jævnt i løbet af natten, og stiger ca. 10K. om formiddagen for at toppe inden kl 3. Hvis natten kun er 6 timer, så når temperaturen kun at falde det halve. Men stiger stadig hurtigt om morgen. Så samlet vil gennemsnits temperaturen stige lidt, fordi en minimums-temperaturen stiger i forhold til maxmums-temperaturen. Hvad der er værre er at skydannelsen tager tid, og regnvejr tager tid. Det vi sige at de meste nedbør er dug, men da havet er varmt, så falder den ikke ned. Det vil sige at luftfugtigheden har været 100% Og regnen er faldet om efteråret når det blev koldere. Det var en anden jord den gang.

  • 0
  • 0

Brint-atmosfære ved større Gravitations-'konstant'?

Interessant artikel Jens Ramskov!

Årsagen til at Jordens atmosfære, i vor epoke, ikke indeholder hydrogen, (eller andre lettere molekyler) er, at jordens tyngdekraft ikke er stor nok til at holde på hydrogen-molekylerne. De har for stor fart. Hydrogen-molekylernes fart overstiger nemlig Jordens undvigelses-fart v(und), der er givet ved formlen:

(1) v(und) = (2GM/R)^1/2

I formel (1) er G Newtons gravitations-konstant, M Jordens masse og R jordens radius, eller afstanden fra jordens massemidtpunkt til det sted, hvor hydrogen-molekylet befinder sig.

-- Større gravitations-virkninger i fortiden? Hvis G har haft en større talværdi for 3-4 milliarder af år siden, ja, så vil det muligvis kunne forklare, hvorfor jordens atmosfære dengang også kunne indeholde hydrogen?

Godt Nytår og hilsen fra Louis Nielsen

  • 0
  • 0

Nej det är det faktum att utstrålad energi ökar med temperaturen upphöjt till fyra som gör att medeltemperatur inte säger någonting om energibalansen.

Jorden byter ju energi i huvudsak genom strålning.

Gör det enkla och tag två lika dana ytor, den ena med 50C den andra med -80C och inse att de strålar ut lika mycket energi som om bägge vore 10C inte medeltemperaturens -15C.

Därför var det globalt varmare då Sahara senast var skogsklätt då steg visserligen natttemperaturen med att dagtemperaturen sjönk spelade större roll.

För 20.000år sedan då denna istid var i ett än djupare läge med massdöd som följd var med ökenutbredningen mycket större än idag, där blev det mycket höga dagstemperaturer som strålade ut så mycket energi så medeltemperaturen sjönk globalt.

Givetvis påverkar även vattnets extrema termostatfunktion, således är och har det alltid varit i stort sett samma temperatur havsnära vid exvatorn.

Avdunstningen av vatten flyttar ångbildningsenergin (som för vatten är extremt hög) upp till kondensationshöjden där den enklare strålar ut.

Det enda vi kan vara helt säkra på med jordens klimat är att våra CO2-utsläpp inte riskerar leda till en global överhettningskatastrof.

För mig som likt Svante Ahrenius vill ha ett varmare globalt klimat, är konstbevattning av öknar det vettigaste, då blir klimatet som tidigare mer livsvänligt globalt.

Men den växande klimathotsindustrin vill ju inte se lösningar, som gör dem utan uppdrag, därför de flesta klimataktivister med är mot modern kärnkraft som är det enda energisystemet med potential att konkurrera ut kol.

Tror jag ;o)

  • 0
  • 0

Inte bara H2 avges från jorden syre och helium blåses med bort vid polerna av solvinden där vårt magnetfält är svagast.

Fundera på konsekvenserna för jordens klimat av att jordens magnetfält minskat med 15% sedan förindustriell tid, just den som anses vara en perfekt klimattid...

Men jorden motar ca 10 ton is/sek vilket skulle räcka till allt vatten i alla hav (inte allt vatten i jordskorpan som är 4-10ggr mer än i alla hav och sjöar).

Helium nybildas ständigt i jordens livsviktiga kärnreaktor genom alfastrålning som tar sig upp samma väg som olja och naturgas och på vägen tar upp elektroner.

Därför kommer alltid heliumgas först när en olje eller gasdepå öppnas, tidigare släpptes det ut men numer samlas den in då helium är en bristvara i inte minst forskningsprojekt som vid Cern.

Allt detta visste säkert du, men jag kunde inte låta bli:

Gott nytt år till dig Jens och Peter.

(utan tvekan är ing.dk det bästa debattforumet för ingenjörer i Norden, jag ser fram mot debatter under 2013 då bl.a. två stora GenIV startar)

  • 0
  • 0

Svjv har man en vis idé om jordens atmosfæres sammensætnings historie. Har man også et overblik over atmosfæretrykkets historie?

Hvor meget har hver af de store meteoritnedslag betydet, f.eks. Chicxulub, som må have ført til betydeligt tab af jordens atmosfære og gjort det vanskeligt for arter med mindre effektive respiratoriske systemer end pattedyr og fugle at overleve?

  • 0
  • 0

Före denna istid var det normalt 7,5C högre medeltemperatur än i dag och nästan alla dagens öknar var regnskog, palmer väte polnära och det var så nära i geologisk tid som några miljoner år tillbaka.

Ökade temperaturskillnader leder enligt T4 till sjunkande medeltemperatur då utstrålad energi ökar med temperaturen upphöjt till fyra, men vad har skett de sista årmiljonerna?

Mer elliptisk bana runt solen och ökad lutning på jordaxeln ger bägge ökade temperaturskillnader och därmed lägre medeltemperatur.

Den trovärdigaste funderingen om vad som styr istider kom för länge sedan av en forskare i Serbien, den anger bägge orsakerna ovan med tyngdpunkt på mer elliptisk bana.

Kolla jordens klimat de senaste 600miljoner åren:

http://geocraft.com/WVFossils/Carboniferou...

Märk att jorden var i en minst lika djup istid som nu (över 15% av den kontinentala ytan är täck av kilometer tjock inlands is => istid per definition, vilket jorden nästan gick ur för runt 125000år sedan då nästan all inlandsis på Grönland smalt, som idag är i snitt 1500m) för 450 miljoner år sedan med samma soleffekt 10ggr så hög halt CO2 och högre rotationshastighet (vilket enligt ovan leder till minskad temperaturskillnad => ökad medeltemperatur.)?

Det finns mycket kvar att förstå, kanske Svensmark är på rätt spår, i vart fall är CO2-katastrofen fel spår.

Eller hur Jens?

Vad gjorde att vi de sista årmiljonerna gick in i ännu en istid med

  • 0
  • 0

Det finns mycket kvar att förstå, kanske Svensmark är på rätt spår, i vart fall är CO2-katastrofen fel spår.

Eller hur Jens?

Gunnar, du har ret i, at der er meget, vi ikke forstår eller kan forklare på helt overbevisende vis - her til hører bl.a. Faint Sun Paradox - men der nu også meget vi ved.

Tak for øvrigt for din kommentar om ing,dk som debatforum for alle ingeniører i Norden - og godt nytår.

  • 0
  • 0

Tackar Jens och jag hoppas att du inser att min debattmetod är att provocera maximalt?

Så även du inser att förstärkningseffekter inte räcker för att stödja CO2-hotet, då de aldrig kunnat observeras, tvärt om?

De av oss som bryr oss om ifall vår högkultur ska dö ut av villfarelse från våra beslutsfattare som alla tidigare, eller om vi ska kämpa intellektuellt mot, brukar marginaliseras i den offentliga debatten.

Fundera på varför så få klimatkrigare vill stödja energisystem som har potential att priskonkurrera ut dagens fossilenergisystem.

GenIV är ett hatobjekt i klimataktivistkretsar, kanske för att systemet löser uppgiften?

Om så är fallet så är vi mycket illa ute.

Eller hur Jens?

  • 0
  • 0
Bidrag med din viden – log ind og deltag i debatten