|
Суперконтинент сделал из Земли снежный ком
|
|
|
|
Около миллиарда лет назад Земля начала развиваться. Она преодолела неуклюжесть своих ранних лет, полных трудностей роста и потрясений: столкновения с кометами и слизистая вода, включая Великое окислительное событие, перевернувшее мир вверх дном. Примерно миллиард лет назад планета начала развиваться и созревать, растительная жизнь появилась около 700 миллионов лет назад, но всё ещё с периодическими резкими климатическими колебаниями, чтобы поддерживать интерес.
|
|
Резкие колебания в неопротерозое
|
|
|
|
Неопротерозойская эра, также называемая поздним протерозоем, длилась от миллиарда лет назад до 541 миллиона лет назад и ознаменовалась экстремальными климатическими сдвигами, распадом суперконтинента Родиния и возникновением сложной многоклеточной жизни, что привело к развитию океанической жизни, наземных млекопитающих и ярых болельщиков «Манчестер Юнайтед».
|
|
|
|
В позднем протерозое также наблюдалось несколько глобальных оледенений различной величины, так называемых «Землей-снежков», последнее, самое крупное и наиболее известное из которых длилось примерно от 650 до 635 миллионов лет назад и закончилось незадолго до кембрийского периода, когда произошло широкое разнообразие жизни и появились первые животные. Предполагается, что это ледяное событие покрыло почти всю поверхность планеты, практически не оставив жидкой воды.
|
|
|
|
|
|
|
Новый взгляд на «Землю-снежок»
|
|
|
|
|
|
Однако детали её происхождения всё ещё изучаются. Теперь новая исследовательская статья итальянских учёных в Международном журнале астробиологии вносит большую ясность в конкретные планетарные и солнечные условия, необходимые для создания этой фазы «Земли-снежка». Их работа проясняет роль ранней растительности и объясняет, почему подобный эпизод не мог бы произойти сегодня.
|
|
|
|
Гипотеза «Земли-снежка» первоначально была разработана для объяснения геологических свидетельств очевидного присутствия ледников в тропических широтах в прошлом. Ведущий автор исследования Эрика Бизези из Астрономической обсерватории в Триесте, Италия, и ее коллеги поставили перед собой задачу численно исследовать, какой набор климатических факторов может привести к появлению «Земли-снежка».
|
|
Основные рычаги климата
|
|
|
|
В целом, климат Земли контролируется удивительно небольшим набором параметров: солнечной светимостью, концентрацией парниковых газов в атмосфере, конфигурацией континентов и отражательной способностью суши (называемой альбедо).
|
|
|
|
В конце протерозоя земная суша была представлена суперконтинентом Родиния; Лаврентия была его ядром, вокруг которого располагались более мелкие континенты, простирающиеся вдоль экватора и покрывающие тропики. Там солнечный свет был наиболее интенсивным, хотя светимость Солнца 600–700 миллионов лет назад составляла лишь 95% от ее нынешнего значения. (В среднем Солнце со временем становится ярче, примерно на 10% каждые миллиард лет.) В позднем протерозое не было растительности или деревьев; земля представляла собой голый гранит с коэффициентом отражения 35%.
|
|
|
|
Изменение климата также регулируется климатической обратной связью. В случае «Земли-снежка» особенно сильной обратной связью является связь льда и альбедо. Лед, будучи белым, отражает до 90% поступающего солнечного света, поэтому первоначальное охлаждение планеты, создающее поверхностный лед, который отражает больше солнечного света, приводит к еще более низким температурам и т. д.
|
|
|
|
Важной отрицательной обратной связью является выветривание силикатных пород. Химическая реакция между силикатными породами, водой и углекислым газом удаляет углекислый газ из атмосферы, уменьшая его парниковый эффект и перенося его в реки и, в конечном итоге, в океаны, что приводит к усилению закисления океана.
|
|
|
|
Бисези и ее коллеги сосредоточились на роли плотно расположенных континентальных масс, которые влияли на альбедо и, посредством выветривания силикатов, на концентрацию парниковых газов. Они внимательно изучили вторую и наиболее известную из двух «Землей-снежков» того времени.
|
|
|
|
Используя упрощенную климатическую модель, они обнаружили, что при типичной солнечной радиации 700–600 миллионов лет назад, составляющей 95% от сегодняшнего значения, достаточное количество солнечного света было бы отражено голыми континентами Родинии, чтобы запустить глобальную модель «Земли-снежка» при концентрации углекислого газа до 1000 частей на миллион (ppm).
|
|
|
|
Для сравнения, средняя концентрация CO2 в атмосфере за последние 12 месяцев составляет почти 428 ppm.
|
|
|
|
Если бы на Земле в прошлом континенты находились в нынешнем положении, группа исследователей обнаружила, что модель «Земли-снежка» могла бы запуститься при концентрации CO2 всего до 400 ppm. Любой уровень CO2 выше этого значения усилил бы парниковый эффект настолько, чтобы предотвратить полное обледенение.
|
|
|
|
Хотя разница в 5% меньшей солнечной светимости и примерно 20% большей отражательной способности Земли кажется незначительной, её было бы достаточно, чтобы всего десять лет назад привести планету к совершенно новому состоянию, покрытому льдом.
|
|
|
|
При современном солнечном свете и экваториальном распределении голых континентов, подобном Родинии, группа исследователей обнаружила, что «Земля-снежок» могла бы появиться только при концентрации CO2 менее 100 ppm. При концентрации выше 200 ppm обширные ледяные регионы невозможны. Но при концентрации около 200 ppm и наличии голых континентов около 70% планеты могло бы быть покрыто льдом при распределении суши, подобном Родинии, и 30% при современном распределении суши.
|
|
|
|
Однако наличие растительности меняет всё это. Будучи зелёной, растительность отражает меньше солнечного света, чем голая земля и камни, которые, как правило, светлее по цвету. В то время альбедо 15% или ниже предотвращало «Землю-снежок» при концентрации CO2 400 ppm.
|
|
|
|
По мере расцвета жизни на Земле и уменьшения отражения солнечного света планетой, для запуска еще одной «Земли-снежка» потребовались бы гораздо более низкие уровни CO2, чем в то время. Одним из факторов, который еще предстоит учесть, является влияние растений на круговорот воды посредством эвапотранспирации, что увеличивает содержание водяного пара в атмосфере — мощного парникового газа.
|
|
|
|
«Результаты нашего анализа, — заключила группа, — показывают, что значение альбедо суши, связанное с наличием растительности, сыграло важную роль в предотвращении запуска «Земли-снежка», для которого потребовались бы гораздо более низкие значения концентрации CO2, чем предположительно существовали в то время. Увеличение солнечной светимости усилило этот эффект, сделав «Землю-снежок» еще менее вероятной».
|
|
|
|
С учетом сегодняшнего усиления парникового эффекта от сжигания ископаемого топлива, изменения положения континентов и обилия растительности, «Земля-снежок» сегодня невозможна.
|
|
|
|
Источник
|
