Трещины во льду, которые спасли мир
Однажды зима на Земле длилась очень долго… Ранее считалось, что самое продолжительное глобальное оледенение началось 850 миллионов лет назад и длилось 200 миллионов лет. Более того, исследование, опубликованное в мартовском номере Science, показало, что в тропиках лед лежал уже за 100 миллионов лет до озвученной даты (Macdonald et al., Science, v. 327, p. 1241). Сначала ученые думали, что в это время плотная корка льда сковывала Землю от полюса до полюса, включая океан, и наша планета была похожа на огромный снежок.
Но, как это свойственно многим научным теориям, расчеты постепенно уточнялись, добавлялись новые данные, и в конце концов ученые пришли к выводу, что ледяной покров океана был разбит трещинами, и это позволяло свету и кислороду проникать в толщу воды. Именно это обстоятельство способствовало тому, что жизнь на планете продолжала развиваться, но об этом позже. А пока что о том, как такое вообще может произойти.
Здесь не обошлось без изменения концентрации СО2. Дело в том, что парниковые газы, и в первую очередь СО2, являются, образно говоря, теплым одеялом для нашей планеты. Именно они поддерживают температурный баланс. Солнечное излучение имеет преимущественно короткую длину волны, и атмосферные газы не являются для него препятствием: оно свободно достигает земной поверхности и нагревает ее. В результате поверхность планеты испускает тепловое излучение, то есть относительно длинные волны. Эти волны уже не могут обойти крупные молекулы парниковых газов и оказываются как бы в ловушке — тепло остается в атмосфере.
Не будь парниковых газов, температура на планете была бы значительно ниже. Но содержание парниковых газов в атмосфере не является постоянной величиной. Вулканы выбрасывают СО2. Тем временем на суше, совершенно независимо от вулканов, разрушаются горные породы — этот процесс называется выветриванием. Продукты выветривания вступают в химическую реакцию с углекислым газом, забирая его из атмосферы, и в конечном счете образуют карбонат кальция, который откладывается в океане в виде известняков. Получается два противонаправленных процесса: поглощение углекислоты из атмосферы и выброс углекислоты в атмосферу.
Чем теплее на Земле, тем быстрее идет процесс выветривания, и тем больше СО2 уходит из атмосферы. Если поверхность Земли охлаждается, то процесс выветривания, наоборот, замедляется, что, соответственно, повышает концентрацию СО2 в атмосфере.
Сейчас трудно себе представить, что Земля может покрыться льдом полностью, но в те далекие времена материки были сконцентрированы в экваториальной области, поэтому выветривание шло интенсивно и выводило СО2 из атмосферы. Когда льда накопилось достаточно, в игру вступил еще один фактор — альбедо, отражательная способность земной поверхности. Дело в том, что лед является идеальным отражателем, он почти не поглощает солнечное излучение, поэтому нагревания при этом почти не происходит. Ученые построили модель, которая показала, что в те времена достаточно было ледяному покрову достигнуть тропиков, как фактор альбедо стал настолько мощным, что дальнейшее оледенение уже было не остановить — оно превратило планету в снежок.
Однако, изучая соотношение изотопов углерода, стронция и особенно серы в горных породах того времени, ученые пришли к выводу, что обмен воды между океаном и атмосферой в это время присутствовал, а следовательно, в морском льду должны были быть трещины, и, скорее всего, это был не сплошной ледяной покров, а ледяная шуга. Усовершенствованные модели показали, что такой огромный резервуар тепла, как океан, не мог быть покрыт монолитным толстым слоем льда.
Вам кажется, что это было слишком давно, чтобы об этом волноваться сегодня? Вам кажется, какая в принципе разница между толстой и неподвижной коркой льда и ледяной шугой на поверхности океана? Разница огромная. Дело в том, что если бы толстая корка льда запечатала океан, то земля превратилась бы в царство Снежной королевы, где жизни места нет, и вся биота (совокупность живых организмов) могла бы существовать только вокруг, например, горячих источников. Но именно в это время развились фотосинтезирующие организмы, которые нуждаются в солнечном свете и кислороде. Они были куда более стойкими, чем мы с вами, и пережили те страшные холода. И нужны им были всего лишь трещины во льду.
А уж потом начался расцвет жизни и удивительные превращения живых существ от червей к рыбам, от рыб к земноводным, от земноводных к пресмыкающимся и дальше, к млекопитающим. И вот спустя много миллионов лет после тех событий вы сидите перед компьютерами, радуетесь тому, что вот-вот наступит лето, и читаете о тех удивительных и суровых временах. Потому что не только сказка, но и быль должна заканчиваться хорошо. Но для этого часто кому-то приходится проявить стойкость.