Gezien vanuit de ruimte, de aarde is blauw. De aarde is al meer dan 4 miljard jaar blauw vanwege het vloeibare water op het oppervlak. Hoe is het de aarde gelukt om zo lang vloeibaar water op het oppervlak te houden?

Er is maar één bekende planeet met permanente lichamen van vloeibaar water aan het oppervlak:de onze. Dankzij aardwetenschappen kunnen we verklaren waarom de aarde bijna altijd blauw is geweest:het is niet te warm en niet te koud. Als de aarde eerst rood en zwart was, het is al meer dan 4 miljard jaar blauw, met zeldzame uitzonderingen als het te koud werd en in een witte sneeuwbal veranderde.

Deze ongelooflijke eigenschap is te wijten aan de interacties van de watercyclus met platentektoniek en het broeikaseffect, evenals de configuratie van het zonnestelsel. Vandaag, De gemiddelde oppervlaktetemperatuur van de aarde is ongeveer 15°C, kouder dan Venus (465 °C) en warmer dan Mars (gemiddeld -60 °C). Op aarde, op zeeniveau, water bevriest onder 0°C en kookt bij 100°C. Het aardoppervlak wordt dus binnen een temperatuurbereik gehouden dat ons misschien groot lijkt, maar is eigenlijk vrij smal in vergelijking met andere planeten, en dat is al miljarden jaren zo gebleven.

Broeikasgassen spelen hun rol

De gemiddelde temperatuur op het oppervlak van een planeet hangt af van de interactie van drie parameters die sterk kunnen variëren van planeet tot planeet:

• De energie die van de zon komt.
• Het albedo van het oppervlak, wat betekent hoeveel het zonnestraling wegkaatst.
• Broeikasgassen, die zonnestraling in de atmosfeer van de aarde vangen. Zonder broeikasgassen, Het aardoppervlak zou een temperatuur hebben van rond de -15°C en waarschijnlijk geen vloeibaar water bevatten.

Interacties tussen zonlicht, albedo, en broeikasgassen hebben een redelijk constante energiebalans behouden sinds de eerste oceanen op aarde verschenen.

Vroeg in de geschiedenis van de aarde, de jonge zon was minder fel en onze planeet kreeg er minder energie van. Echter, niveaus van broeikasgassen zoals CO ₂ en methaan waren veel hoger dan nu, die de oppervlaktetemperatuur hoog genoeg hield om water vloeibaar te maken.

Het broeikaseffect nam in de loop van de tijd af doordat CO ₂ kan door twee processen uit de atmosfeer worden verwijderd. Eerst, de verzurende werking van CO ₂ opgelost in oppervlaktewater zorgt ervoor dat rotsen oplossen, waardoor calcium vrijkomt. Calcium combineert met de opgeloste CO ₂ om carbonaatgesteenten te vormen, zoals kalksteen, een van de belangrijkste koolstofputten.

De tweede gootsteen is organische koolstof die is opgeslagen in sedimentair gesteente. Organismen op het land en in de oceaan gebruiken CO ₂ om organisch materiaal op te bouwen tijdens fotosynthese, een deel daarvan wordt afgezet op de bodem van de oceaan als de organismen sterven. Daar, de organische stof wordt opgenomen in afzettingsgesteenten, waar het miljoenen jaren kan worden opgeslagen.

Zonder tektoniek, geen oceanen; zonder oceanen, geen tektoniek

Hoewel koolstofputten CO . opslaan ₂ weg van de atmosfeer, vulkanen en oceaanruggen leveren CO ₂ terug in de atmosfeer. Deze levering wordt ondersteund door platentektoniek. Over lange tijdschalen, platentektoniek helpt de temperatuur van het aardoppervlak binnen het bereik te houden waardoor oppervlaktewater vloeibaar kan zijn. De aanwezigheid van vloeibaar water en platentektoniek zijn dus nauw met elkaar verbonden. Hoe gebeurt dat?

De oceaanbodem bestaat uit oceanische platen. Ze gaan weg van oceanische ruggen, de keten van onderzeese vulkanen die over de planeet loopt, en dan naar de diepten van de aarde door middel van subductie. Gedurende de honderden miljoenen jaren dat ze de oceanen doorkruisen, oceanische platen worden gehydrateerd:hun mineralen bevatten water, die hun mechanische eigenschappen wijzigen. Als ze worden ondergedompeld, oceanische platen drogen uiteindelijk uit; het vrijgekomen water produceert uiteindelijk magma's die graniet vormen, het fundament van de continenten. Zonder vloeibaar water, er zou geen tektoniek zijn en daarom, geen continenten!

Door deze recycling van oudere oceanische platen in de mantel, er worden voortdurend nieuwe platen gevormd uit materiaal dat is uitgebarsten op oceanische ruggen. Terwijl dit materiaal door de mantel naar de oceaanbodem stijgt, het koelt en geeft CO . af ₂ , helpen de broeikasgasconcentraties in stand te houden. Water blijft vloeibaar en de aarde blijft blauw, zoals het al enkele miljarden jaren is.

Van zwart en rood naar blauw

Lange tijd werd aangenomen dat waterrijke hemellichamen uit het buitenste zonnestelsel water naar de pas gevormde aarde brachten. Een van ons team heeft onlangs een studie gepubliceerd die deze hypothese in twijfel trekt en suggereert dat water, dat wil zeggen, waterstof en zuurstof - zouden in plaats daarvan kunnen zijn gebracht door de rotsen die de aarde hebben gevormd.

Toen de aarde 4,5 miljard jaar geleden voor het eerst werd gevormd, het was waarschijnlijk te heet om water aan het oppervlak vloeibaar te maken. In elk geval, als er oceanen waren geweest, ze zouden zeker verdampt zijn bij de gigantische inslag tussen de jonge aarde en een planetair lichaam (waarschijnlijk zo groot als Mars), die het oppervlak van onze planeet smolt en 4,4 miljard jaar geleden de maan vormde.

Toen het aardoppervlak langzaam afkoelde en stolde na de inslag, het was waarschijnlijk bedekt met donkere basaltachtige rotsen, zonder leven of water. Koelende magma's laten elementen zoals waterstof, zuurstof, en koolstof als gas dat moleculen bevat zoals water, kooldioxide, en/of methaan. De eerste oceanen kunnen zich daarom relatief snel na de inslag hebben gevormd. De eerste bekende mineralen op aarde dragen de chemische handtekening van interacties met vloeibaar water. Dus, De aarde is misschien al bijna 4,4 miljard jaar blauw.

Het eerste onbetwistbare bewijs van oceanen op het aardoppervlak is 3,8 miljard jaar oud, inclusief de oudste mariene sedimenten, gevonden in Isua en Akilia (Groenland) en Nuvvuagittuq (Canada), en de oudste kussenlava's, uniek gevormde rotsen die zich vormen als lava onder water afkoelt.

Of het nu 3,8 of 4,4 miljard jaar oud is, de geschiedenis van de oceanen is verbonden met die van de aarde en het leven. Vandaag, menselijke activiteiten zorgen ervoor dat de oceanen zuurder en warmer worden. Oceanen zullen niet verdwijnen, maar het leven binnenin wordt bedreigd. Onze CO ₂ emissies de wereldwijde vulkanische emissies met een factor 70 overschrijden, het bestaande evenwicht tussen processen die aan het aardoppervlak werken en die er diep in in gevaar komen. Onze samenlevingen zijn van beide afhankelijk.

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.