Одними из самых драматичных климатических событий в истории нашей планеты являются события, получившие название «Земля-снежок», которые произошли сотни миллионов лет назад, когда почти вся планета была покрыта льдом толщиной до 1 км.
Эти события "Snowball Earth" происходили всего несколько раз и не происходят в регулярных циклах. Каждое длится миллионы лет или десятки миллионов лет и сопровождается резким потеплением, но детали этих переходов плохо изучены.
Новое исследование Вашингтонского университета дает более полную картину того, как закончилась последняя эпоха «Земли-снежка», и предполагает, почему она предшествовала резкому расширению жизни на Земле, включая появление первых животных.
Исследование, опубликованное в Nature Communications, фокусируется на древних породах, известных как «cap carbonates», которые, как полагают, образовались при таянии ледникового льда. Эти породы хранят подсказки об атмосфере и океанах Земли около 640 миллионов лет назад, намного раньше, чем то, что могут зафиксировать ледяные керны или годичные кольца деревьев.
«Карбонаты Cap содержат информацию о ключевых свойствах атмосферы и океана Земли, таких как изменение уровня углекислого газа в воздухе или кислотности океана», — сказал ведущий автор исследования Трент Томас, докторант UW по наукам о Земле и космосе. «Теперь наша теория показывает, как эти свойства изменились во время и после Snowball Earth».
Cap carbonates — это слоистая известняковая или доломитовая порода, которая имеет особый химический состав и сегодня встречается в более чем 50 местах по всему миру, включая Долину Смерти, Намибию, Сибирь, Ирландию и Австралию. Считается, что эти породы образовались, когда окружающие Землю ледяные щиты таяли, вызывая резкие изменения в химии атмосферы и океана и откладывая этот уникальный тип осадков на дне океана.
Их называют «шапками», потому что они являются шапками над ледниковыми отложениями, оставшимися после Snowball Earth, и «карбонатами», потому что и известняк, и доломит являются углеродсодержащими породами. Понимание их образования помогает объяснить углеродный цикл в периоды резких изменений климата. Новое исследование, моделирующее изменения окружающей среды , также дает подсказки об эволюции жизни на Земле и о том, почему более сложные формы жизни последовали за последней Snowball Earth.
«Жизнь на Земле была простой — в форме микробов, водорослей и других крошечных водных организмов — на протяжении более 2 миллиардов лет, пока не возникла Земля-снежок», — сказал старший автор Дэвид Кэтлинг, профессор наук о Земле и космосе в Вашингтонском университете. «На самом деле миллиард лет, предшествовавших появлению Snowball Earth, называют «скучным миллиардом», потому что произошло очень мало событий. Затем произошло два события Snowball Earth. И вскоре после этого в палеонтологической летописи появляются животные».
В новой статье представлена схема того, как могут быть связаны два последних факта.
Исследование моделировало химию и геологию в течение трех фаз Snowball Earth. Во-первых, во время пика Snowball Earth, толстый лед, окружающий планету, отражал солнечный свет, но некоторые области открытой воды допускали обмен между океаном и атмосферой. Тем временем холодная морская вода продолжала реагировать с океанским дном.
В конце концов, углекислый газ накопился в атмосфере до такой степени, что он захватил достаточно солнечной энергии, чтобы повысить глобальную температуру и растопить лед. Это позволило осадкам достичь Земли и позволило пресной воде поступать в океан, чтобы присоединиться к слою талой ледниковой воды, которая плавала над более плотной, соленой океанской водой. Этот слоистый океан замедлил циркуляцию океана. Позже, пахтание океана усилилось, и смешивание между атмосферой, верхним океаном и глубоким океаном возобновилось.
«Мы прогнозируем важные изменения в окружающей среде по мере того, как Земля восстанавливается после периода снежного кома, некоторые из которых повлияли на температуру, кислотность и циркуляцию океана. Теперь, когда мы знаем эти изменения, мы можем с большей уверенностью понять, как они повлияли на жизнь на Земле», — сказал Томас.
Будущие исследования будут посвящены изучению того, как очаги жизни, которые могли пережить потрясения, вызванные Землей-снежком, и ее последствия, могли эволюционировать в более сложные формы жизни, которые появились вскоре после этого.
