Австралийские ученые смоделировали тектоническую историю Земли почти за миллиард лет и выяснили, что причиной глобального похолодания, которое превратило нашу планету в один большой ледяной щит, стала низкая концентрация углекислого газа.
Приблизительно 720 миллионов лет назад Земля представляла собой ледяную пустыню, ее поверхность сплошь (включая океаны) покрывал лед. Температура упала настолько, что на экваторе было так же холодно, как сейчас в Антарктиде (от минус 70 градусов до минус 25 градусов Цельсия, в зависимости от времени года и части континента). Из-за своего высокого альбедо лед отражал большую часть приходящего солнечного света обратно в космос, что поддерживало низкие температуры.
Этот период глобального оледенения ученые называют «Земля-снежок». Ключевым его событием было стертское оледенение, которое длилось чуть меньше 60 миллионов лет (717-660 миллионов лет назад). То есть оно происходило задолго до появления динозавров и сложной растительности.
Но причины, почему наша планета вдруг стала замерзать, ученым до конца не ясны. Некоторые геологи объясняют это вспышкой вулканизма, которая предшествовала оледенению. Попадая в атмосферу, такие вулканические газы, как диоксид серы, блокировали часть солнечного излучения, что и привело к глобальному похолоданию.
Другие специалисты, наоборот, считают, что на Земле стало холодно из-за слишком малой концентрации углекислого газа (CO2) в атмосфере, а точнее — «силикатного выветривания», геологического процесса, в результате которого медленное и устойчивое выветривание силикатных пород сопровождается химическими реакциями. Из-за этих реакций углекислый газ выводится из атмосферы в океанические отложения.
В поддержку последней версии выступили геологи из Университета Квебека в Монреале (Канада). В 2023 году ученые изучили отложения магматической провинции Франклин в Канадской Арктике, которая, как считается, образовалась накануне стертского оледенения, и пришли к выводу, что причиной этого события стало снижение концентрации углекислого газа в воздухе.
В новом исследовании группа геологов из Сиднейского университета и Университета Аделаиды (Австралия) решила детально разобраться в причине стертского оледенения и выяснить, почему похолодание длилось так долго — почти 60 миллионов лет. Результаты работы опубликованы в журнале Geology.
Чтобы определить, какой механизм вызвал глобальное похолодание на Земле 700 миллионов лет назад и почему оно было столь продолжительным, австралийские геологи сперва изучили ледниковые отложения стертского оледенения в горной области Флиндерс, расположенной в штате Южная Австралия, а после воспользовались программой EarthByte. Она предназначена для интерактивной визуализации и анализа геотектонических моделей, в первую очередь моделей тектоники литосферных плит, формирующих земную поверхность.
Сперва команда исследователей смоделировала эволюцию континентов и океанских бассейнов после распада древнего суперконтинента Родиния (гипотетический континент, который возник приблизительно 1,1 миллиарда лет назад и распался примерно 750 миллионов лет назад). Затем полученную модель ученые связали с другой моделью: она рассчитала изменения выделения углекислого газа от подводных вулканов (дегазация) вдоль срединно-океанических хребтов — мест, где плиты расходятся и рождается новая кора.
Полученные данные показали, что начало стертского оледенения точно совпадает с рекордно низкой концентрацией углекислого газа в атмосфере — ниже 200 частей на миллион, то есть менее половины сегодняшнего уровня. Интересно, что эти показатели сохранялись на протяжении всего ледникового периода.
«Во времена оледенения еще не было наземных растений или многоклеточных живых организмов. Концентрация парниковых газов почти полностью определялась выделением CO2 из вулканов и процессами выветривания силикатных пород, которые выводили углекислый газ из атмосферы», — пояснила Адриана Дуткевич (Adriana Dutkiewicz), одна из авторов исследования.
По мнению ученых, стертское оледенение случилось по двум причинам: тектоническое переустройство литосферных плит свело к минимуму выделение углекислого газа из вулканов, а в это время в магматической провинции в Канадской Арктике запустился процесс «силикатного выветривания», который выводил углекислый газ из атмосферы в океанические отложения. Такое выветривание занимает миллионы лет — вот почему глобальное похолодание длилось так долго.
Если расчеты австралийских ученых верны, это может полностью изменить климатические прогнозы на будущее. Сегодня многие исследователи опасаются, что климат движется в сторону потепления. По их предположению, в течение следующих 250 миллионов лет Земля нагреется так сильно, что это может убить значимую часть живых организмов.
Однако другие ученые думают иначе. Сегодня климатологи фиксируют снижение вулканических выбросов углекислого газа, поскольку столкновения континентов учащаются, а движение плит замедляется. Значит, вполне вероятно, что Земля способна снова превратиться в «снежок».
Ледниковые отложения, образовавшиеся в период стертского оледенения около 717–664 миллионов лет назад. Находятся в северной части хребта Флиндерс в АвстралииУниверситет Сиднея