مسوَّدة
تشير الأدلّة الجيولوجية إلى وجود ماءٍ سائلٍ قريباً من سطح الأرض منذ نحو 4.4 مليار سنة، حين كانت الشمس الفتيّة الخافتة تُشِعّ قرابة 70% فقط من لمعانها الحالي. في تلك الفترة يُفترَض أن تكون الأرض قد دخلت حالة تجمُّد عالمي لو كان غلافها الجوي شبيهاً بغلاف الأرض الحديث. اقتُرحت آليات عدّة كمصادر أو كمصائد للحرارة: تأثيرٌ دفيئي قوي، أو شمس كانت أشدَّ كتلةً في بداياتها، أو تحرُّر حرارةٍ مكتسَبة أثناء التراكم الكوكبي، أو الاضمحلال الإشعاعي لنظائرَ في مواد الأرض المُبكِّرة. ومع ذلك تبقى مفارقة الشمس الفتيّة الخافتة مسألةً محوريّة في فهمنا لأصل الحياة على الأرض. هنا نستخدم نظرية المدّ والجزر ذات التأخّر الطَّوري الثابت لاستكشاف إمكانية أن القمر الوليد، الذي تشكّل بعد نحو 69 مليون سنة من تشكّل الشمس، قد ولّد تبدُّداً مدّياً شديداً — وبالتالي حرارة — في الأرض خلال الدهر الهاديان وربما الأركي. نُظهر أن نظام الأرض–القمر فقد {\sim}3\times 10^{31} جول (نحو 99% من ميزانيته الميكانيكية الابتدائية) على هيئة حرارةٍ مدّية. وكان بإمكان تسخينٍ مدّي بمتوسّط سطحي قدره {\sim}10\,{\rm W\,m}^{-2} وعلى مدى 100 مليون سنة أن يرفع درجة حرارة الأرض المُبكِّرة بما يصل إلى 5^\circ مئوية. لا يحلّ هذا التأثير وحده مفارقة الشمس الفتيّة الخافتة، لكنه ربما كان عاملاً مُكمِّلاً مهمّاً إلى جانب آليات أُخرى. وقد تُسهم الدراسات المستقبلية لتداخل التسخين المدّي مع تطوّر لمعان الشمس وتأثيرات الغلاف الجوي الدفيئي على الأرض المُبكِّرة في حلّ هذه المفارقة.
تُظهر السجلات الجيولوجية، مثل بيانات نظائر الأكسجين (\delta^{18}O) المستخلَصة من حُبيبات الزِّركون، أن الماء السائل كان موجوداً على سطح الأرض منذ 4.4 مليار سنة (غيغا سنة مضت، Ga)1 . لم يكن هذا الماء نقياً عند درجة حرارة وضغط الغرفة، بل كان مزيجاً عالي الحرارة (300–450 كلفن) وعالي الضغط ({\sim}500 بار) من H_2O وCO_2. اقترح أن CO_2 أُزيل تدريجياً عبر تكوين صخورٍ كربوناتية على مدى {\sim}100 مليون سنة، مع أنّ ذلك غير موثَّق بوضوح في السجلّ الصخري. قد تكون الحياة قد ظهرت بين نحو 3.8 و3.5 مليار سنة كما تشير بصماتٌ حيوية محتملة (لا سيما المادة العضوية ونِسَب نظائر الكربون) محفوظة في صخور قديمة ، وكانت الحياة المائية المتنوّعة راسخةً على وجه اليقين بحلول 3.5–3.4 مليار سنة، كما يتّضح من البصمات الحيوية العضوية والحُصُر الجرثومية الأحفورية . تشير نِسَب نظائر ^{18}O/^{16}O في الشيرت والكربونات البحرية إلى درجات حرارة محيطية أركيّة بين 50^\circم و85^\circم ، على أنّ مدى ودوام هذه الظروف لا يزالان غير محسومَيْن . علاوةً على ذلك، لا يوجد دليل قاطع على حدوث تجلّدات حتى نحو 2.9 مليار سنة .
نستخدم في هذه المخطوطة مقياسين زمنيين، أحدهما يُستعمل عادةً في الفيزياء الفلكية والآخر في علوم الأرض. الأوّل هو الزمن بعد تشكّل الشمس، ويُقاس بوحدات مليون سنة (Myr) أو مليار سنة (Gyr). والثاني هو الزمن قبل الحاضر، ويُرمز له بـ “Ga” أي غيغا-آنوم . نستخدم Ga للدلالة على “مليار سنة مضت” أو “عمر بمليار سنة”. وللتحويل بين المقياسين نستخدم عمر الشمس البالغ 4.567\,(\pm\,0.06) مليار سنة حسب قياسات نظائر الرصاص في نيزك أليندي .↩︎
تُعدّ تشكّلات البازلت الوِسادي ظاهرة واسعة الانتشار في محيطات اليوم وقد لوحِظت ووُثِّقت في مواقع عديدة . ومن المهم أنّ هذه العملية تقتصر على المناطق السطحية تحت الماء لأنها تتطلّب ماءً سائلاً وحَيِّزاً لتشكّل الوسائد. لهذه الأسباب، نعدّ البازلت الوِسادي مؤشّراً جيولوجياً قوياً على وجود الماء السائل في بيئات سطح الأرض المُبكِّرة أيضاً.↩︎
الانبِعاثية هي نسبة الإشعاع الحراري من سطحٍ ذي درجة حرارة معيّنة إلى الإشعاع من جسمٍ أسود عند الدرجة نفسها.↩︎
لا يُظهِر الشكل 2 التغيّر في التوزيع الطيفي الطاقي لضوء الشمس، والذي ربما كان له أيضاً تأثير كبير على تطوّر كيمياء الغلاف الجوي للأرض وبالتالي على المناخ. على سبيل المثال، كان الإشعاع عالي الطاقة (قصير الطول الموجي، \lambda<100 نانومتر) من الشمس المُبكِّرة ({\sim}4 مليار سنة مضت وما قبلها) أقوى بنحو 100 إلى 1000 مرة ممّا هو عليه اليوم .↩︎
تُسهِم المدّيات التي تثيرها الشمس أيضاً في تبدّد الطاقة من دوران الأرض، لكن المدّ والجزر الشمسيَّيْن لم يتعدَّيا بضعَ في المئة منذ تشكّل نظام الأرض–القمر .↩︎
هنا وفيما يلي، تُرمَز الكميات المتعلقة بنظام الأرض–القمر المُبكِّر بعلامة (') '.↩︎
دُرِست أيضاً اختيارات بديلة لـ Q_\oplus. ومن المثير للاهتمام أنه مهما تكن القيمة المعقولة المختارة (1.2، 12، 120) يبقى السِّير الزمني لمعدّلات التسخين المدّي شبه ثابت. السبب هو التغيّر المتلازم في معدل التطوّر المداري: إذا ازداد Q_\oplus (أو نقص)، انخفض (أو ازداد) معدل التوسّع المداري. ونتيجةً لذلك، في أي لحظة زمنية، قد يكون التسخين المدّي أعلى (أو أدنى) بسبب تغيّر Q_\oplus، لكن هذا التغيّر يُعوَّض تقريباً بالكامل بتغيّر نصف المحور المداري. عملياً، لا يتغيّر التسخين المدّي إلا بعاملٍ قليل حتى لو غيّرنا Q_\oplus بمرتبة قدرٍ كاملة.↩︎