Представьте Землю без единого пятна синевы. Без тёмных океанов, без зелёных континентов, без коричневых пустынь. Только белое — от полюса до полюса, от побережья до побережья. Ледяной шар, медленно вращающийся в пустоте, отражающий солнечный свет обратно в космос. Планета, которая едва не уничтожила всё живое прежде, чем жизнь успела по-настоящему начаться.
Это не научная фантастика и не апокалиптический сценарий будущего. Это то, что произошло с нашей Землёй примерно 720 миллионов лет назад. Геологи называют это событие «Земля-снежок» — одним из самых экстремальных климатических катаклизмов за всю историю планеты. И чем глубже учёные изучают этот период, тем яснее становится: мы живём только потому, что тогда всё сложилось именно так, а не иначе.
Что такое криогенный период?
Геологическая история Земли делится на эоны, эры и периоды. Около 720 миллионов лет назад начался криогенный период — от греческого «крио», то есть холод. Название говорит само за себя. Этот период завершился примерно 635 миллионов лет назад и включал как минимум два глобальных оледенения: стёртовское и мариноанское. Во время этих событий ледники покрывали не только полярные регионы — они доходили до экватора.
Толщина льда над океанами достигала, по некоторым оценкам, километра и более. Средняя температура на поверхности планеты опускалась до минус сорока градусов Цельсия. Для сравнения: сегодня средняя температура Земли составляет около плюс пятнадцати. Разница — более пятидесяти градусов. Это не похолодание, это катастрофа планетарного масштаба.
Откуда мы знаем, что это было?
Главная проблема при изучении событий 700-миллионолетней давности — отсутствие очевидцев и прямых записей. Однако геология говорит достаточно красноречиво, если уметь её читать.
Тиллиты — это горные породы, которые образуются исключительно под действием ледников.
Они содержат хаотично перемешанный материал: огромные валуны вперемешку с мельчайшими частицами глины, характерные царапины от движения льда на поверхностях камней. Тиллиты криогенного возраста обнаружены на всех континентах — включая те, что сегодня расположены в тропиках. Это означает, что ледники достигали экватора.
Дополнительное доказательство — железомарганцевые отложения. В обычном океане кислород, растворённый в воде, быстро окисляет железо, и оно оседает на дно в виде ржавчины. Но если океан был покрыт льдом миллионы лет, кислород перестаёт поступать в воду. Железо накапливается в растворённом виде — а потом, когда лёд наконец отступает, резко осаждается огромными пластами. Именно такие пласты — так называемые «железистые кварциты» — залегают строго над слоями криогенных тиллитов по всему миру.
Наконец, изотопный анализ углерода в осадочных породах того времени показывает резкое падение биологической активности. Жизнь почти остановилась.
Почему это произошло?
Вопрос о причинах «Земли-снежка» остаётся одним из самых горячих в геологии. Полного консенсуса нет, но несколько факторов выглядят особенно убедительно.
Положение континентов. 720 миллионов лет назад большинство континентов были сосредоточены в тропических широтах. Это кажется парадоксом: тропики — значит, тепло. Но именно здесь кроется ловушка. Горные породы тропиков активно выветриваются под воздействием дождей — и в ходе этого выветривания из атмосферы поглощается углекислый газ. Чем больше обнажённой скальной породы в тропиках, тем интенсивнее идёт процесс. Уровень CO₂ падает. Парниковый эффект ослабевает. Планета начинает остывать.
Ледниковое альбедо — ловушка без выхода. Когда лёд начинает распространяться, запускается один из самых жестоких механизмов в климатологии — петля положительной обратной связи. Лёд белый и отражает до 90% солнечного света обратно в космос. Чем больше льда — тем меньше солнечного тепла поглощает Земля. Чем меньше тепла — тем больше льда. Этот процесс самоускоряется. Как только ледники дошли до определённой широты, остановить оледенение было практически невозможно. Планета стремительно «защёлкнулась» в замороженном состоянии.
Распад суперконтинента Родиния. Незадолго до начала криогенного периода единый суперконтинент Родиния начал раскалываться. Образование новых рифтовых зон и базальтовых вулканических провинций поначалу выбросило в атмосферу дополнительный CO₂. Но затем те же свежие базальтовые породы — исключительно химически активные — начали поглощать углекислый газ с удвоенной силой. Вместо потепления произошло обратное.
Как сохранилась жизнь?
Самый поразительный вопрос: как вообще что-то уцелело? Если океаны были закованы в километровый лёд, если температура упала до антарктических значений на экваторе — где могла прятаться жизнь?
Несколько сценариев выглядят правдоподобно. Во-первых, вулканические горячие источники на морском дне продолжали работать вне зависимости от состояния поверхности. Вокруг гидротермальных жерл температура воды оставалась достаточно высокой для существования микроорганизмов. Именно там, вероятно, жизнь пережидала катастрофу.
Во-вторых, лёд никогда не бывает абсолютно непроницаемым. В экваториальных регионах, где солнце светило под прямым углом, на поверхности льда могли существовать небольшие талые лужи — так называемые криофильные экосистемы. Современные аналоги подобных систем существуют в антарктических льдах прямо сейчас.
В-третьих, само оледенение не было мгновенным и, возможно, не было абсолютно полным. Часть исследователей придерживается версии «слякотной Земли»: не полностью замёрзшей, а покрытой густой ледяной кашей с участками открытой воды. Жизнь в таких условиях была бы куда более возможной.
Как Земля вышла из заморозки?
Если ледниковое альбедо — ловушка, то как планета из неё выбралась? Ответ прячется под самим льдом — в вулканах.
Пока поверхность Земли была скована льдом, вулканическая активность не прекращалась ни на минуту. Тектоника плит работала как всегда. Вулканы выбрасывали в атмосферу углекислый газ — но на этот раз некому было его поглощать. Выветривание горных пород практически остановилось: под льдом химические реакции не идут. CO₂ накапливался столетие за столетием, тысячелетие за тысячелетием.
По расчётам учёных, за несколько миллионов лет концентрация углекислого газа в атмосфере выросла в 350 раз по сравнению с современным уровнем. Парниковый эффект достиг такой силы, что температура начала расти быстрее, чем лёд успевал отражать тепло. Петля обратной связи сработала в обратном направлении: лёд таял — поверхность темнела — поглощала больше тепла — таяло ещё больше льда.
Размораживание было катастрофически быстрым по геологическим меркам. Тысячи лет — ничто на фоне миллионолетних циклов. Планета перешла от глубокой заморозки к тропической жаре практически мгновенно. Со дна поднялись железистые осадки. В oкеанах распространялась биологическая активность.
Почему ученым это интересно
История «Земли-снежка» — это не просто экзотическое событие глубокого прошлого. Это урок о том, насколько хрупок климатический баланс планеты и насколько мощными могут быть механизмы обратной связи.
Именно после размораживания, около 635 миллионов лет назад, начался эдиакарский период — эпоха первых многоклеточных организмов. Биологи полагают, что жёсткий эволюционный отбор в условиях криогенного кризиса мог стать одним из двигателей усложнения жизни. Выжили только самые адаптивные, самые устойчивые линии. Из этого выживания в конечном счёте возродилось все живое на Земле — включая нас.