Вся Земля дважды была покрыта льдом, но каждый раз по-разному

Возможно, не все знают, что, несмотря на разговоры о глобальном потеплении, мы живем сейчас в холодную эпоху. Ледниковые периоды длительностью в сотни тысяч лет сменяются короткими, примерно в десяток тысячелетий, перерывами межледниковья, и последний из них — голоценовый период — как раз подходит к своему концу (см. врезку 1). Сегодня на Земле достаточно комфортно жить, в то время как раньше бывали существенно более холодные времена. Кроме текущей холодной эпохи, возможно начавшейся еще в эоцене, примерно 40 млн лет назад, и достигшей кульминации в последние 2,5 млн лет, известно еще как минимум восемь холодных эпох, две из которых пришлись на фанерозой, три — на неопротерозой и еще три — на палео-протерозой (рис. 1).

Рис. 1. Холодные эпохи в масштабе геологического времени. Холодные эпохи показаны стрелками, чья толщина приблизительно соответствует их длительности. Буквами С и М обозначены стадии «снежного кома», эпохи похолодания, когда, возможно, вся Земля была покрыта льдом, – стертовская (Sturtian) и мариноанская (Marinoan), соответственно. Названия этих стадий происходят от местных названий геологических формаций Австралии. В Намибии (Африка) им соответствуют геологические формации Чуос (Chuos) и Гхауб (Ghaub), соответственно

1. Disclaimer: Речь идет, конечно, о геологических временных масштабах, когда многие тысячелетия, несомненно, очень длительные промежутки времени с точки зрения человеческой жизни, рассматриваются как чрезвычайно короткие промежутки времени. Поэтому глобальное потепление -рост температуры примерно на один градус за последние сто лет — в проекции на геологический масштаб времени является не более чем незначительной флуктуацией, пусть даже и вызванной деятельностью человека.

Геологические отложения неопротерозойских холодных эпох существенно отличаются от фанерозойских отложений — в первую очередь тем, что неопротерозойские ледниковые отложения (тиллиты) резко и повсеместно перекрываются так называемыми покровными морскими карбонатами (cap carbonates). Такая характеристика геологического разреза считается показателем того, что вся Земля была покрыта льдом, включая моря и океаны. Тиллиты накапливались на стадии «снежного кома» (snowball Earth, «Земля-снежок»), а карбонаты — в период после резкого таяния ледников (врезка 2). Естественно, ожидается, что химический состав вод Мирового океана, а также его кислотность должны резко меняться при переходе от стадии «снежного кома» к периоду потепления. В статье [1], опубликованной в сентябрьском выпуске журнала Geology, была определена кислотность океана после так называемых стертовской и мариноанской стадий «снежного кома». Оказалось, что реакция океана на таяние льда была различной, несмотря на казалось бы схожесть этих двух оледенений.

2. Ледниковые отложения в экваториальных регионах Земли были известны с начала прошлого столетия. Однако первым, кто предположил, что оледенение могло охватывать всю Землю, был австралийский геолог Дуглас Моусон (Douglas Mawson, 1882-1958), более известный своими пионерскими экспедициями в Антарктиде. К такому выводу он пришел в середине прошлого столетия, изучая неопротерозойские ледниковые отложения Элатина (Elatina) в хребте Флиндерс на юге Австралии. Моусон не верил в вегенеровский дрейф континентов, и, таким образом, ледниковые отложения на 30-м градуусе южной широты не могли для него означать ничего иного, кроме того, что когда-то вся Земля была покрыта ледниками. Эта идея не получила развития при жизни Моусона из-за скорого обнаружения магнитных аномалий в океанах и создания теории тектоники плит, позволявшей собственное перемещение континентальных масс. Современная реинкарнация идеи «снежного кома» связана с результатами, опубликованными в тезисной форме почти сорока годами позже [2]. В этой публикации студентка Калифорнийского технологического института Даун Самнер (Dawn Samner) и ее руководитель Джозеф Киршвинк (Joseph Kirschvink) показали, что, по палеомагнитным данным, формация Элатина на момент ее образования находилась примерно на 12 градусах северной широты. Иными словами, подтвердили, что неопротерозойские ледники доходили до экваториальных широт. Вскоре эти результаты были подтверждены, что послужило толчком к развитию модели «снежного кома» для неопротерозойских оледенений. По материалам [3].

Образцы покровных карбонатов для исследований отбирались с трех классических разрезов в Намибии. Обычно для реконструкции химизма воды используются изотопы углерода. Однако некоторые авторы считают, что измеренные вариации изотопов углерода в карбонатах отражают не первичные характеристики в морской воде, а постседиментационные изменения. По этой причине важным дополнением оказался анализ изотопных вариаций бора. На рис. 2 показаны значения, измеренные в карбонатах, а также реконструированные по изотопам бора значения рН в морской воде. Удивительным оказалось то, что снижение значений 513С в карбонатах после стертов-ского оледенения не сопровождается таким же снижением значений 5nB. Последнее указывает на неизменность pH в морской воде во время и после оледенения. После мариноанского оледенения значения 513С и 5nB ведут себя когерентно — резко снижаются, а затем возрастают до нормальных значений. Соответственно pH в морской воде резко снижалась после оледенения на некоторый короткий промежуток времени. Именно такой характер поведения изотопов углерода и бора ожидается исходя из модели «снежного кома». Из-за полной изоляции океана от атмосферы в результате покрытия территории Земли толстым слоем льда углекислый газ накапливался исключительно в атмосфере, вместо того, чтобы растворяться в воде и осаждаться в виде карбонатов. В результате происходило накопление CO2 и возникал парниковый эффект, который провоцировал резкое плавление льда, быстрый рост кислотности океана из-за резкого насыщения углекислотой воды и возвращение системы в обычное состояние. Альтернативным объяснением может быть и разрушение слоя газогидратов после стадии оледенения.

Рис. 2. Вариации изотопов углерода и бора в карбонатах, перекрывающих ледниковые отложения стертовской (формация Чуос) и мариноанской (формация Гхауб) стадий «снежного кома» и восстановленные значения pH в океанической воде (1). Слева в метрах приведено положение отобранных образцов относительно единой поверхности.

Как отмечается в статье [1], независимо от реального механизма, влиявшего на изменение химизма и кислотности океана, очевидно, что две стадии оледенения — стертовская и мариноанская — не были одинаковыми, поскольку реакция океана после таяния льда в послестертовское и послемариноанское время существенно различалась между собой.

1. S.A. Kasemann, A.R. Prave, A.E. Fallick, C.J. Hawkesworth , K-H. Hoffmann, Neoproterozoic ice ages, boron isotopes, and ocean acidification: Implications for a snowball Earth. Geology, 2010, v. 38, p. 775-778.
2. D.Y. Sumner, J.L. Kirschvink, B.N. Runnegar, Soft-sediment paleomagnetic field tests of late Precambrian glaciogenic sediments (abs.). Eos, 1987, № 68, p. 1251.
3. www.snowballearth.org

Алексей Иванов

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: