Суровые морозы, которые мы переживаем в эти дни - ничто по сравнению с тем, что приходилось испытывать нашим далеким предкам. Ведь Земля несколько раз была скована льдом.
Долгое время ученые считали, что наша планета - единственное небесное тело Солнечной Системы с умеренно стабильным климатом. Порой на ней бывало немного теплее, порой немного холоднее (например, в течение последнего миллиона лет или во времена ледникового периода), но никогда не было таких экстремальных условий, как на жаркой Венере, холодном и сухом Марсе или полностью покрытой толстым слоем льда Европе (спутнике Юпитера). Однако, этот образ спокойной Земли радикально изменили открытия, совершенные в 1960-е годы. Тогда были обнаружены ледниковые отложения - возрастом более 700 миллионов лет - на всех континентах и даже в экваториальных регионах.
Жизнь подо льдом
Для объяснения этих необычайных находок Джозеф Киршвинк (Joseph Kirschvink), геобиолог из Калифорнийского технологического института (California Institute of Technology) сформулировал в начале 1990-х гг. теорию Земли - снежного кома. Согласно этой теории, около 700 миллионов лет назад наша планета (ее возраст составляет около 4 млрд. лет) полностью замерзла. Километровый слой льда сковал океаны, а мороз достигал -50 градусов. В жидком виде вода в морях могла существовать только благодаря теплу, исходящему из глубины Земли.
Что вызвало столь драматичные события? Около 800 миллионов лет назад существовавший тогда суперконтинет распался на части. Территории, до того находившиеся в его центре, то есть, очень далеко от береговой линии, теперь оказались рядом с океанами. Гораздо более частыми здесь стали дожди, смывавшие в моря двуокись углерода, участвующую в процессе выветривания пород (в ходе выветривания пород, содержащих алюмосиликаты, этот газ преобразуется в бикарбонат, который вместе с водой попадает в океаны; там в результате очередных химических реакций он образует углекислые соединения, остающиеся на дне в виде отложений).
Между тем, СО2 - один из важнейших парниковых газов, которые задерживают тепло, излучаемое Землей. Когда СО2 убывал из атмосферы, в районе полюсов начал разрастаться снежно-ледяной покров. Он прекрасно отражает солнечные лучи, поэтому, чем больше было льда, тем холоднее становилось, а чем ниже падала температура, тем быстрее росли ледяные шапки. Возник приводящий сам себя в действие механизм, который все более остужал Землю.
Лед покрывал все новые территории, пока в конце концов не сковал весь земной шар. Земля превратилась в снежный ком, мчащийся в космическом пространстве. Вся тогдашняя примитивная жизнь - а в те времена самыми сложными организмами были водоросли и одноклеточные - практически исчезла. Сохранились лишь микроорганизмы, поглощающие энергию химических реакций, проходящих вблизи горячих источником на морском дне, и экстремофилы, то есть, организмы, живущие в крайних условиях. Вероятно, также некоторым видам водорослей удавалось выжить на снежной поверхности и в расселинах скал.
А может, космическая пыль?
Что пробудило Землю от этой морозной летаргии? Вероятнее всего, вулканы. В ходе извержений они выбрасывают огромные массы углекислого газа. Кроме того, под толщей снега и льда горные породы уже не выветривались и не удерживали углекислый газ. Поэтому СО2 мог свободно накапливаться в атмосфере. В определенный момент его стало так много, что он вызвал парниковый эффект. Ледяной покров на океанах начал таять, а вода - испаряться. Таким образом, в игру вошел еще один и самый важный из парниковых газов - водяной пар. На Земле медленно становилось теплее. По оценкам ученых, после периодов обледенения температура поднималась до +50 градусов.
Однако, неизвестно, сколько времени нужно было вулканам, чтобы вызвать парниковый эффект и растопить снежный ком. Компьютерные симуляции показали, что глобальная ледяная эра могла продолжаться от несколько сотен тысяч до 30 миллионов лет. Однако, исследования отложений возрастом более 700 миллионов лет, результаты которых недавно опубликовал журнал 'Science', показывают, что Земля в тот период, по меньшей мере, дважды превращалась в снежный ком, и это продолжалось от 3 до 12 миллионов лет.
В свою очередь, Алекс Павлов (Alex Pavlov) из Университета штата Колорадо создал вместе с коллегами компьютерную модель, которая показывает, что причина обледенения кроется совсем не в распаде континента и снижении уровня СО2 в атмосфере. Оказывается, 700 миллионов лет назад Земля могла пройти сквозь густое облако межзвездной пыли, которое вызвало ее радикальное охлаждение. Оно поглощало и рассеивало солнечные лучи, но при этом позволяло теплу покидать нашу планету. Разумеется, это лишь гипотеза, требующая подтверждения - а им было бы обнаружение следов космической пыли в отложениях.
Эволюция после зимы
Глобальные обледенения, независимо от того, что их вызывало, привели практически к стерилизации нашей планеты. Однако, они могли парадоксальным образом способствовать пробуждению жизни из эволюционной спячки. Ведь сразу же после обледенения произошел т.н. кембрийский взрыв - почти моментально (разумеется, в геологическом временном масштабе) организмы перешли от примитивных к разнообразным и сложным формам. Именно тогда возникли существующие по сей день 11 главных типов животных - появились, в частности, губки, хордовые, моллюски и членистоногие.
Ряд ученых считает, что мощнейший стресс, которым было радикальное изменение условий среды (смена холодного и теплого климата) способствовал возникновению генетических мутаций. Кроме того, долговременная изоляция в местах, где организмы могли пережить обледенение (например, у подводных теплых источников) способствовала появлению новых видов. Так что, все мы дети глобальной зимы.
