Student World

Jaká byla teplota na Zemi před miliardami let? A jak kolísala později, v časech dávno předcházejících ledovým dobám? Kdy se na Zemi ochladilo natolik, aby se zde udržela voda v kapalném stádiu? A jakou roli hrály při udržování teploty živé organismy?

Na úvod několik axiomů:
1, Teplota po celou dobu života nemohla vybočit z určitých mantinelů (zmrznutí oceánů na jedné straně, denaturace bílkovin na druhé). V jejich rámci máme ovšem k dispozici ještě poměrně rozsáhlý prostor k manévrování.
2, Slunce dodává v průběhu doby stále větší množství tepla. Pokud bychom odhlédli od dalších faktorů, teplota na Zemi by tedy neustále rostla. Jak uvádí James Lovelock, zabránila tomu kromě jiného (atmosféra apod.) právě přítomnost živých organismů. V první fázi bylo jejich úkolem planetu ohřívat, ve druhé ji spíše ochlazovaly.
3, Na počátku geologického vývoje byla ovšem Země horká především proto, že horké bylo její jádro a teplota povrchu byla ovlivňována vulkanickou činností. Teprve po vychladnutí tělesa před přibližně 4 miliardami let (ale možná i dříve) se objevila voda v kapalném skupenství a mohl vzniknout život.

Lze předpokládat, že na počátku vývoje života, před přibližně 4 miliardami let, byla teplota na Zemi již přibližně stejná jako dnes. V atmosféře tehdy převažoval oxid uhličitý a dusík, hodně však záleží na tom, v jakém poměru zde oba plyny byly zastoupeny. Molekuly se třemi atomy již vesměs mají skleníkový efekt a zvyšují albedo, tj. čím více bylo tehdy dusíku v porovnání s CO2, tím byla planeta chladnější. I dnes se koncentrace CO2 v atmosféře pokládá za jednu z příčin (eventuálního) globálního oteplování.
Kromě celkem interních plynů CO2 a N2 byla pozemská atmosféra tehdy jasně redukční, obsahovala sulfan, možná i methan a vodík. Vodík v atmosféře není pro budoucnost planety dobrým průvodním zjevem, jeho molekuly jsou vesměs malé, gravitace je nedokáže zadržet a unikají do volného prostoru. Protože voda se účinkem kosmického záření vždy částečně štěpí na vodík a kyslík, ubývá tímto způsobem voda a planeta vysychá. Převaha kyslíku pak může vést k totální oxidaci povrchu planety – něco podobného zřejmě postihlo Venuši i Mars.
Na druhé straně měl vodík v atmosféře v době počátku života následující smysl – ihned reagoval s kyslíkem a tak chránil první organismy, pro které byl O2 jedovatý (Do jisté míry platí, že je jedovatý i dnes pro nás – nakonec nás zabijí agresivní oxidace vedoucí ke vzniku radikálů – anaerobní organismy by mohly být skutečně dlouhověké, ovšem mnohobuněční anaerobové nikdy nevznikly. Syntézu kolagenu a další energeticky náročné syntetické reakce je totiž třeba realizovat právě v aerobních podmínkách.). Ve chvíli, kdy se v atmosféře objevil kyslík, znamenaly změněné podmínky zase ochranu Země před možných vyschnutím – uvolněný vodík zreagoval v atmosféře s kyslíkem a molekulu vody již dokázala gravitace udržet.
Zdá se, že nárůst množství kyslíku v atmosféře vedl k něčemu na způsob malé doby ledové. Takové podmínky přitom řadě organismů svědčily – poměr kyslíku a CO2 v atmosféře je důležitým selekčním prvkem v rostlinné říši. Obecně platí, že čím více CO2, tím snadněji probíhá fotosyntéza, některé rostliny však dobře snášejí i nižší koncentrace oxidu uhličitého. Tyto druhy jsou v chladných obdobích ve velké výhodě…
Po většinu období bylo v minulosti zřejmě lehce tepleji než dnes (taková období se mj. poznají podle toho, že v nich existují výhradně tropické ekosystémy typu korálových útesů či deštných pralesů). Teplota však kolísala, především v době tzv. velkých vymírání. Předpokládá se, že v těchto dobách byly klimatické výkyvy podstatně prudší než "klasické" doby ledové, které nastoupily v období čtvrtohor. Protože tání ledu či vymrzání vody vede ke kolísání výšky mořské hladiny, byly těmito klimatickými změnami silně postiženy také obyvatelé šelfového moře.

Poznámka: není však pravděpodobné, že by většina kapalné vody však kdy zmrzla. Jednak by tím pravděpodobně došlo k likvidaci života (alespoň mnohobuněčných organismů), za druhé by však vzhledem k tomu, že led odrazí zpět více slunečního tepla než kapalná voda, už Země také nikdy nemusela roztát.

autor Pavel Houser