Во время чудовищных похолоданий, которые несколько раз охватывали нашу планету 600–800 миллионов лет назад, жизнь на Земле смогла сохраниться благодаря сложным и взаимосвязанным процессам в океане и атмосфере. Модель, предложенная канадскими исследователями, показывает, что океан, вероятно, никогда не замерзал полностью, а Земля представляла собой не ледяной шар, а скорее "слякотный". Резкие колебания климата были результатом взаимодействия физических процессов и жизнедеятельности бактерий.
Бактерии осуществляли минерализацию (окисление) растворенного в океане органического вещества, что способствовало обогащению кислородом водной толщи. Это, в свою очередь, создавало благоприятные условия для размножения бактерий, которые, перерабатывая органическое вещество, поглощали кислород и выделяли углекислый газ. Углекислый газ, попадая из воды в атмосферу, создавал парниковый эффект, удерживая тепло у поверхности Земли. Таким образом, даже в условиях значительного похолодания, океан и бактерии играли ключевую роль в поддержании тепла и жизни на планете.
В истории Земли был период особенно холодный, который отличался самыми мощными оледенениями и получил название "криогенный период неопротерозойской эры" (см. Cryogenian). Этот период протяженностью в 220 миллионов лет (850–630 миллионов лет назад) характеризовался чередованием небольших потеплений и сильнейших похолоданий. На суше, которая представляла собой остатки древнейшего материка — Родинии, толщина льда в некоторых местах достигала 6 км, а сами льды доходили до тропических широт. Уровень океана в это время понижался на километр, что значительно больше, чем в более поздние периоды оледенений. Некоторые исследователи предполагают, что во время неопротерозойских оледенений лед покрывал не только сушу, но и весь океан.
Белая поверхность нашей планеты, напоминавшей в то время снежный ком (см.: гипотеза «снежной Земли», «Snowball Earth hypothesis»), хорошо отражала падающий на нее солнечный свет и, соответственно, почти не нагревалась. Такое холодное состояние Земли было весьма устойчивым. Однако объяснить, как планета смогла из него выйти, было непросто. Обычно предполагали, что произошло это благодаря серии мощных извержений вулканов, сопровождавшихся выбросом в атмосферу огромного количества парниковых газов (прежде всего СО2), выпадением на белую от снега и льда поверхность Земли пепла и кислых дождей. Увеличение содержания в атмосфере парниковых газов позволяло удерживать тепло, а пепел препятствовал отражению солнечных лучей, что приводило к постепенному оттаиванию поверхности Земли. В это время жизнь была представлена только обитавшими в океане бактериями и мелкими одноклеточными водорослями. Первые крупные многоклеточные организмы (так называемая эдиакарская фауна) появились только в самом конце неопротерозоя. Хотя бактерии и протисты значительно устойчивее к неблагоприятным воздействиям, чем многоклеточные, возможность их выживания в условиях длительного глобального оледенения весьма сомнительна.
Однако трудностей традиционно предлагаемого объяснения удалось избежать в рамках новой модели, которую уже окрестили как «слякотная Земля» (Slushball Earth) — в отличие от Земли «снежной» (Snowball Earth). Авторы этой модели, канадские исследователи Ричард Пельтье (Richard Peltier), Йонганг Лиу (Yonggang Liu) и Джон Краули (John W. Crowley) — все с физического факультета Торонтского университета (Онтарио, Канада), предположили, что океан никогда не замерзал целиком. В нем всегда оставались достаточно большие открытые участки, где продолжался фотосинтез фитопланктона и где происходил интенсивный газообмен между водной толщей и атмосферой. При построении модели использованы как данные по физическим процессам, определяющим климат, так и представления о жизнедеятельности организмов, обитавших в океане.
Органическое вещество, синтезированное фитопланктоном, после отмирания клеток выпадает в осадок или остается в толще воды в виде растворенного органического вещества, которое обычно оценивают как растворенный органический углерод (DOC). В океане и сейчас углерода в такой форме значительно больше, чем связанного в телах организмов или находящегося во взвешенных частицах детрита. В эпоху неопротерозоя, когда еще не было планктонных животных, потребляющих фитопланктон, такого растворенного органического вещества было значительно больше. Однако растворенное органическое вещество является пищей для бактерий, которые при наличии кислорода в среде осуществляют его разложение (минерализацию). В процессе дыхания бактерий выделяется углекислый газ CO2, который может диффундировать в атмосферу.
В своей модели Пельтье и его соавторы исходят из того, что похолодание способствует обогащению поверхностных вод океана кислородом — в холодной воде кислород, как и другие газы, растворяется гораздо лучше, чем в теплой. А чем больше кислорода, тем эффективнее протекает деятельность бактерий, минерализующих растворенное органическое вещество и выделяющих углекислый газ. Этот углекислый газ, попадая из океана в атмосферу, создает парниковый эффект и не позволяет океану остывать слишком сильно. Таким образом работает обратная связь, не допускающая крайнего необратимого охлаждения.
Модель, состоящая из нескольких блоков для каждого аспекта, предсказывает устойчивые колебания только в том случае, если физические процессы теплообмена увязаны с процессами минерализации органического вещества, осуществляемыми бактериями. Скорее всего, модель Пельтье вскоре будет поддержана сторонниками гипотезы Геи, ранее выдвинутой Джеймсом Лавлоком. Согласно этой гипотезе, организмы своей жизнедеятельностью поддерживают планету (Гею) в состоянии, пригодном для дальнейшей жизни. По сути, это одно из основных положений концепции Геи.
