Около 650 миллионов лет назад Земля пережила одну из самых экстремальных климатических катастроф в своей истории. Судя по всему, почти вся поверхность планеты тогда оказалась покрыта льдом. Этот период получил название “Земля-снежок” (Snowball Earth). Новое исследование итальянских астрономов и климатологов попыталось объяснить, почему подобное вообще стало возможным, а также почему сегодня такой сценарий практически исключён.
Период позднего протерозоя, продолжавшийся примерно от миллиарда до 541 миллиона лет назад, был временем серьёзных климатических и геологических изменений. Тогда распадался суперконтинент Родиния, а на Земле постепенно появлялись сложные многоклеточные организмы. Именно в эту эпоху произошли несколько глобальных оледенений, крупнейшее из которых длилось примерно с 650 до 635 миллионов лет назад. Согласно гипотезе “Земли-снежка”, ледники тогда покрывали почти всю поверхность планеты, а открытая жидкая вода практически исчезла.
Чтобы понять, как Земля смогла перейти в такое состояние, исследователи смоделировали климатические условия того времени. Они изучили влияние сразу нескольких факторов: яркости Солнца, концентрации углекислого газа, расположения континентов и отражательной способности поверхности планеты.
В позднем протерозое большая часть суши была объединена в суперконтинент Родиния. Значительная часть этого массива находилась в тропических широтах, где солнечное излучение особенно интенсивно. Однако само Солнце тогда светило примерно на 5% слабее, чем сейчас. Кроме того, суша ещё не была покрыта растительностью. Поверхность представляла собой в основном голые породы и гранит, хорошо отражавшие солнечный свет.
Именно альбедо, то есть отражательная способность поверхности, оказалось одним из ключевых факторов вымерзания планеты. Лёд отражает до 90% падающего света. Поэтому даже небольшое похолодание может вызвать цепную реакцию: чем больше льда образуется, тем больше света отражается обратно в космос и тем сильнее падает температура.
Моделирование показало, что сочетания более тусклого Солнца и высокой отражающей способности поверхности Родинии оказалось достаточно, чтобы запустить глобальное оледенение даже при концентрации углекислого газа до 1000 частей на миллион. Для сравнения, современная концентрация CO₂ составляет около 428 частей на миллион.
Интересно, что если бы континенты позднего протерозоя располагались так же, как сегодня, вероятность глобального оледенения резко снижалась бы. В этом случае “Земля-снежок” могла бы возникнуть только при концентрации CO₂ ниже 400 частей на миллион.
Однако особенно важную роль, по мнению авторов работы, сыграло отсутствие растительности. Зелёные растения поглощают гораздо больше солнечного света, чем голые камни и песок. Когда на Земле позже появилась растительность, альбедо поверхности снизилось, и вероятность глобального замерзания резко уменьшилась. Исследователи отмечают, что уже при альбедо около 15% сценарий “Земли-снежка” становился практически невозможным при уровнях CO₂, характерных для позднего протерозоя. Кроме того, современное Солнце стало ярче, чем сотни миллионов лет назад, что делает повторение глобального полного оледенения в современных условиях крайне маловероятным.
Авторы работы также подчёркивают, что растения влияют на климат не только через отражение света. Они участвуют в круговороте воды и увеличивают содержание водяного пара в атмосфере, который сам по себе является мощным парниковым газом. Таким образом, появление растительности могло сыграть важную роль не только в развитии жизни на Земле, но и в стабилизации климата планеты, сделав новые глобальные “ледниковые катастрофы” гораздо менее вероятными.