Sett från rymden, jorden är blå. Jorden har varit blå i över 4 miljarder år på grund av det flytande vattnet på dess yta. Hur har jorden lyckats hålla flytande vatten på sin yta under så lång tid?

Det finns bara en känd planet med permanenta kroppar av flytande vatten på ytan:vår. Geovetenskap tillåter oss att förklara varför jorden nästan alltid har varit blå:det är varken för varmt eller för kallt. Om jorden först var röd och svart, det har varit blått i mer än 4 miljarder år, med sällsynta undantag när det blev för kallt och förvandlades till en vit snöboll.

Denna otroliga egenskap beror på vattnets kretslopps interaktion med plattektoniken och växthuseffekten, samt konfigurationen av solsystemet. I dag, Jordens genomsnittliga yttemperatur är cirka 15°C, kallare än Venus (465 °C) och varmare än Mars (-60 °C i genomsnitt). På jorden, vid havsnivån, vatten fryser under 0°C och kokar vid 100°C. Jordytan hålls alltså inom ett temperaturområde som kan tyckas vara stort för oss, men är faktiskt ganska smal jämfört med andra planeter, och det har varit så i miljarder år.

Växthusgaser spelar sin roll

Medeltemperaturen på en planets yta beror på interaktionen mellan tre parametrar som kan variera kraftigt från en planet till en annan:

• Energin som kommer från solen.
• Ytans albedo, betyder hur mycket den reflekterar bort solstrålningen.
• Växthusgaser, som fångar solstrålning i jordens atmosfär. Utan växthusgaser, Jordytan skulle ha en temperatur runt -15°C och förmodligen saknar flytande vatten.

Interaktioner mellan solljus, albedo, och växthusgaser har upprätthållit en ganska konstant energibalans sedan de första haven dök upp på jorden.

Tidigt i jordens historia, den unga solen var mindre ljus och vår planet fick mindre energi från den. Dock, nivåer av växthusgaser som CO ₂ och metan var mycket högre än idag, som höll yttemperaturen tillräckligt hög för att vattnet skulle vara flytande.

Växthuseffekten minskade med tiden eftersom CO ₂ kan avlägsnas från atmosfären genom två processer. Först, den försurande effekten av CO ₂ löst i ytvatten gör att stenar löses upp, som frigör kalcium. Kalcium kombineras med löst CO ₂ att bilda karbonatstenar som kalksten, en av de viktigaste kolsänkorna.

Den andra sänkan är organiskt kol som lagras i sedimentära bergarter. Organismer på land och i havet använder CO ₂ att bygga organiskt material under fotosyntesen, varav en del avsätts på botten av havet när organismerna dör. Där, det organiska materialet ingår i sedimentära bergarter, där den kan lagras i miljoner år.

Utan tektonik, inga hav; utan hav, ingen tektonik

Även om kolsänkor lagrar CO ₂ bort från atmosfären, vulkaner och oceaniska åsar levererar CO ₂ tillbaka in i atmosfären. Denna leverans upprätthålls genom plattektonik. Under långa tidsskalor, plattektonik hjälper till att hålla jordens yttemperatur inom det intervall som gör att ytvattnet kan vara flytande. Förekomsten av flytande vatten och plattektonik är alltså intimt sammankopplade. Hur går det till?

Havsbotten består av oceaniska plattor. De rör sig bort från oceaniska åsar, kedjan av ubåtsvulkaner som löper över planeten, och sedan ner mot jordens djup genom subduktion. Under de hundratals miljoner år som de korsar haven, oceaniska plattor blir hydratiserade:deras mineraler innehåller vatten, som ändrar deras mekaniska egenskaper. När de subduceras, oceaniska plattor torkar så småningom ut; det frigjorda vattnet producerar så småningom magma som bildar graniter, kontinenternas berggrund. Utan flytande vatten, det skulle inte finnas någon tektonik och därför inga kontinenter!

På grund av denna återvinning av äldre oceaniska plattor till manteln, nya plattor bildas ständigt av material som har brutit ut vid oceaniska åsar. När detta material stiger genom manteln och till havsbotten, det kyler och släpper ut CO ₂ , hjälpa till att upprätthålla koncentrationerna av växthusgaser. Vatten förblir flytande och jorden förblir blå, som det har varit i flera miljarder år.

Från svart och rött till blått

Det har länge antagits att vattenrika himlakroppar från det yttre solsystemet förde vatten till den nyligen bildade jorden. En i vårt team publicerade nyligen en studie som ifrågasätter denna hypotes och antyder att vatten – dvs. väte och syre — kunde ha förts i stället av stenarna som bildade jorden.

När jorden först bildades för 4,5 miljarder år sedan, det var förmodligen för varmt för att vatten skulle vara flytande vid ytan. Hur som helst, om det hade funnits hav, de skulle säkert ha fördunstat vid det gigantiska nedslaget mellan den unga jorden och en planetarisk kropp (förmodligen lika stor som Mars), som smälte vår planets yta och bildade månen för 4,4 miljarder år sedan.

När jordens yta långsamt svalnade och stelnade efter nedslaget, den var troligen täckt av mörka basaltiska stenar, med varken liv eller vatten. Kylande magma frigör element som väte, syre, och kol som gasinnehållande molekyler som vatten, koldioxid, och/eller metan. De första haven kan därför ha bildats relativt snabbt efter nedslaget. De första kända mineralerna på jorden bär den kemiska signaturen av interaktioner med flytande vatten. Således, Jorden kan ha varit blå i nästan 4,4 miljarder år.

Det första obestridliga beviset på hav på jordens yta är 3,8 miljarder år gammalt, inklusive de äldsta marina sedimenten, finns i Isua och Akilia (Grönland) och Nuvvuagittuq (Kanada), och de äldsta kuddlavorna, unikt formade stenar som bildas när lava svalnar under vattnet.

Oavsett om de är 3,8 eller 4,4 miljarder år gamla, havens historia är kopplad till jordens och livets. I dag, mänskliga aktiviteter gör att haven blir surare och varmare. Hav kommer inte att försvinna, men livet inombords är i fara. Vår CO ₂ utsläppen överstiger de globala vulkanutsläppen med en faktor 70, som äventyrar den existerande balansen mellan processer som verkar på jordens yta och de djupt inne i den. Våra samhällen förlitar sig på båda.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.