О том, как Земля стала гигантским снежным комом 700 миллионов лет назад
© Tiina Törmänen
В далёком геологическом прошлом крайне низкие выбросы вулканических парниковых газов и силикатное выветривание спровоцировали глобальный ледниковый период на нашей планете, продолжительностью около 57 миллионов лет.
В недавнем крупном научном исследовании, австралийские геологи использовали моделирование тектоники литосферных плит, чтобы определить причины, которые спровоцировали глобальное оледенение Земли, произошедшее более 700 миллионов лет назад, - Стертское оледенение (гипотеза «Земли – снежного кома», «Snowball Earth»). Исследование, опубликованное в журнале «Geology», помогает нам понять функционирование встроенного в Землю термостата, который предотвращает планету от чрезмерного перегрева. Обнаруженные результаты также показывают, насколько чувствителен глобальный климат к колебаниям концентрации углерода в атмосфере.
«Представьте, что Земля почти полностью замерзла», — говорит ведущий автор исследования, доктор Адриана Дуткевич. «Именно это случилось в период Криогения, около 717 миллионов лет назад; планета была покрыта мощным слоем льда от полюсов до экватора (рис. 1), а средняя температура на поверхности снизилась до -45 °С (в наше время средняя глобальная температура составляет около +15 °С). Однако, что именно стало причиной такого масштабного оледенения, долгое время оставалось открытым и дискуссионным вопросом». «Теперь мы думаем, что наконец-то разгадали загадку: исторически низкая вулканическая деятельность поставляла крайне мало углекислого газа в атмосферу. Вместе с этим происходило масштабное выветривание горных пород на территории нынешней Канады – процесс, который поглощает атмосферный углекислый газ».
Читайте также
Земля вышла из оледенения предположительно 660 млн. лет назад. В этот период ещё не существовало сложной растительной жизни на суше. Доктор Дуткевич сказала: «Были предложены различные гипотезы, объясняющие начало и окончание этого экстремального ледникового периода, но самый загадочный аспект заключается в том, почему он длился целых 57 миллионов лет – период времени, который нам, людям, трудно себе представить».
Команда исследователей воссоздала детальную модель тектоники плит той эпохи, которая показывает эволюцию континентов и океанических бассейнов после распада древнего суперконтинента Родиния, примерно 750 млн. лет назад (рис. 2). Затем тектоническая модель была объединена с моделью, которая рассчитывает дегазацию CO2 из подводных вулканов вдоль срединно-океанических хребтов – мест, где плиты расходятся и рождается новая океанская кора. Стало ясно, что начало Стертского оледенения точно коррелирует с рекордно низким уровнем вулканических выбросов парниковых газов. «В то время на Земле ещё не было многоклеточных животных или наземных растений. Концентрация парниковых газов в атмосфере почти полностью определялась геологической активностью и вулканической деятельностью, а также процессами выветривания силикатных пород, в результате которых поглощается СО2 из атмосферы», - уточнила Дуткевич.
Соавтор исследования, профессор Дитмар Мюллер из Сиднейского университета пояснил: «В то время климатом управляла геология. Мы думаем, что ледниковый период начался из-за совпадения двух факторов: тектоническая реорганизация плит свела к минимуму вулканическую дегазацию, в то время как континентальная вулканическая провинция в Канаде начала разрушаться, поглощая атмосферный CO2 в результате выветривания.
Процесс силикатного выветривания является химической реакцией, в ходе которой силикатные породы (в состав которых входит кремний) при взаимодействии с атмосферным воздухом постепенно разрушаются, поглощая углекислый газ. Подобные реакции постепенно переводят углекислый газ в литосферу, формируя осадочные породы (чаще всего, карбонаты, известняки). В результате данного эффекта содержание CO2 в атмосфере упало до уровня, при котором начинается оледенение – который, по современным оценкам, ниже 200 ppm, что составляет менее половины от сегодняшнего уровня.
Когда Земля охлаждается (из-за естественных климатических флуктуаций и изменений в солнечной радиации), скорость химических реакций падает, и этот тип выветривания замедляется. В результате, из атмосферы извлекается меньшее количество углекислого газа. Повышение концентрации диоксида углерода приводит к обратному эффекту — Земля разогревается. Эта отрицательная обратная связь лимитирует интенсивность похолодания. Во времена Криогения все континенты находились в тропическом поясе (вблизи экватора), что делало этот сдерживающий процесс менее эффективным, так как высокая скорость выветривания сохранялась на суше даже во время охлаждения Земли. Это позволило ледникам продвинуться далеко от полярных регионов. Когда доползли достаточно близко к экватору, положительная обратная связь через увеличение отражательной способности (альбедо) привела к дальнейшему похолоданию, пока Земля целиком не обледенела. В результате, глобальная температура упала настолько, что на экваторе было так же холодно, как в современной Антарктиде. Эта низкая температура поддерживалась льдом, высокое альбедо которого приводило к тому, что большая часть приходящего солнечного излучения отражалась обратно в космос. Данный эффект усиливало малое количество облаков, вызванное тем, что концентрация водяного пара в атмосфере была значительно снижена.
Выход из оледенения произошёл благодаря активизации вулканизма и наполнения атмосферы парниковыми газами, а также в результате снижения планетарного альбедо за счёт таяния ледников.
Подготовил Игорь Кибальчич, кандидат географических наук, метеоролог.
