Сотни миллионов лет назад Земля полностью замёрзла: как это случилось и может ли повториться
Представьте Землю, которую покрывает сплошной ледяной панцирь толщиной до километра от полюсов до самого экватора. Океаны промёрзли, а суша скрыта под мощными глетчерами. Это криогений — период, который начался около 720 миллионов лет назад. Рассказываем, как Земля пережила два катастрофических эпизода глобального замерзания и как этот суровый опыт помог появиться сложной жизни.
Как сломался климат
До наступления холодов Земля оставалась тёплой благодаря метановому парниковому эффекту. В то время Солнце светило на 6–10% слабее, чем сейчас, поэтому метан буквально спасал планету от замерзания. Всё изменилось, когда в океанах массово размножились цианобактерии. Они освоили оксигенный фотосинтез и начали активно выделять свободный кислород.
Кислород вступил в реакцию с атмосферным метаном, окислив его до углекислого газа и воды. Углекислый газ тоже является парниковым, но он удерживает тепло на порядок хуже метана. Из-за этой подмены газов средняя мировая температура начала стремительно падать.
Гуронское оледенение, случившееся 2,25 миллиарда лет назад, в представлении художника
Ситуацию усугубило расположение континентов. Большинство участков суши тогда находилось в тропических широтах. В тёплом и влажном климате горные породы активно разрушались химическим путём, вытягивая и поглощая остатки углекислого газа из атмосферы. Парниковый эффект слабел, а льды наступали.
Когда ледяной щит дополз от полюсов до 30° широты, сработал эффект альбедо. Белый лёд отражает до 90% солнечной энергии обратно в космос. Планета окончательно потеряла способность поглощать тепло, и процесс оледенения стал самоподдерживающимся. Температура на экваторе рухнула до значений от –20 до –50 °C.
Увидеть эти и другие события в наглядной форме можно в научных и документальных фильмах из библиотек онлайн-кинотеатров.
Как выжила жизнь?
На первый взгляд тотальное оледенение должно было полностью стерилизовать планету. Однако биологические данные доказывают, что эукариоты — предки современных водорослей и простейших — успешно пережили миллионы лет ледяного плена.
Учёные выделяют несколько убежищ, где условия позволяли поддерживать метаболизм. Главным спасением стали гидротермальные источники на дне океанов. Эти глубоководные зоны обеспечивали микроорганизмы теплом и химической энергией независимо от солнечного света. Другие виды выживали в редких экваториальных полыньях и небольших талых лужах прямо на поверхности ледников.
Этот чудовищный климатический стресс не просто сократил разнообразие видов, а задал новое направление эволюции. Из-за сильного холода вязкость воды значительно выросла. Одиночным клеткам стало слишком сложно перемещаться и фильтровать питательные вещества. Чтобы выжить в такой густой среде, организмы начали увеличиваться в размерах и объединяться. Замороженная планета стала жёсткой тренировочной площадкой, где естественный отбор заставил организмы перейти к многоклеточности.
Разморозка
Растопить ледяной шар, который отражает почти всё солнечное тепло, кажется невозможной задачей. Планету спасли её собственные недра. Пока поверхность была скована льдом, тектоника плит не останавливалась.
Вулканы прорывали ледяной щит и непрерывно выбрасывали в атмосферу колоссальные объёмы углекислого газа. В обычных условиях этот газ растворяется в жидком океане и расходуется на выветривание пород. Но ледяной панцирь заблокировал эти природные стоки. Углекислый газ беспрепятственно копился в небе над Землёй миллионы лет.
В итоге атмосферное давление CO2 превысило современное примерно в 350 раз. Сформировался сверхпарниковый эффект, который смог пробить защиту ледяного альбедо. Как только на экваторе лёд растаял и обнажил участки тёмного океана, планета перешла в режим стремительного разогрева.
Реконструкция форм жизни в океане времен эдиакария — периода, последовавшего после окончания оледенения
Земля оттаяла очень жёстко. Всего за несколько тысяч лет глобальная температура взлетела до +50 °C. Огромная разница температур между горячим океаном и ещё холодными материками порождала ураганы невероятной разрушительной силы. А избыток углекислого газа приводил к выпадению едких кислотных дождей.
Кембрийский взрыв
Сход льда не просто вернул климат в норму, он создал радикально новые геохимические условия, которые сжали пружину эволюции. Отступающие тяжёлые ледники перетёрли континентальную кору в тонкую пыль. При глобальном таянии этот материал мощным потоком смыло в океаны.
Вода переполнилась фосфором — ключевым нутриентом для роста организмов. Этот «фосфорный шок» спровоцировал бурный рост фотосинтезирующих водорослей. Огромные массы органики оседали на дно, что привело к резкому накоплению кислорода в атмосфере. Именно этот избыток энергии позволил появиться крупным активным животным с высокой скоростью обмена веществ.
Dickinsonia costata — один из организмов эдиакарского периода, существовавший до Кембрийского взрыва
Вскоре после окончания оледенения появились первые крупные многоклеточные — эдиакарская фауна. А следом произошёл кембрийский взрыв. В обогащённом кислородом и минералами мире началась настоящая экологическая гонка вооружений: животные обзавелись защитными панцирями, сложными органами чувств и стали хищниками.
Повторится ли это?
Логичный вопрос: может ли Земля вновь замёрзнуть целиком? Анализ климатических систем показывает, что сегодня этот риск крайне мал, благодаря тому, что Солнце постепенно разогревается, прибавляя около 1% светимости каждые 100 миллионов лет. Во времена криогения Солнце излучало меньше энергии, и для инициации глобальной заморозки хватало падения CO2 до нескольких сотен ppm (частей на миллион). Сегодня, чтобы перебороть возросшую яркость Солнца, концентрация CO2 должна упасть ниже 100 ppm, что при текущей вулканической активности практически невозможно.
Подписывайтесь на Рамблер в Max! Так мы останемся на связи даже в нестабильные времена.
Судный день: почему растёт число экстремальных погодных явлений во всём мире