В прошлом нашей планеты происходило глобальное оледенение, которое покрывало ее льдом на протяжении миллионов лет. Несмотря на то, что причины этого таинственного и масштабного явления до сих пор не до конца понятны, новое исследование предлагает свежий взгляд на них.
В 1960-х годах ученые получили палеомагнитные данные, свидетельствующие о том, что архипелаг Шпицберген и остров Гренландия в неопротерозойскую эру (продолжительность этого периода составила около миллиарда лет и закончился он 540 миллионов лет назад) изначально находились в тропиках. Что касается ледниковых отложений этих объектов, выяснилось, что они залегают непосредственно поверх пород, сформировавшихся в теплом климате.
Примерно в то же время советский климатолог Михаил Будыко создал климатическую модель, основанную на энергетическом балансе, которая объясняет увеличение площади ледникового покрова. В этой модели утверждается, что при распространении ледяных щитов за пределы полярных областей формируется замкнутый цикл, известный как положительной обратной связи между ледником и альбедо. Ледник уменьшает количество поглощаемого поверхностью света, что приводит к дальнейшему понижению температуры и росту площади льда. Происходит это до тех пор, пока лед не покроет всю поверхность.
По сути, эти два открытия свидетельствуют о том, что в неопротерозойскую эру произошло стремительное и масштабное оледенение. Период оледенения, начавшийся 720 миллионов лет назад и завершившийся 635 миллионов лет назад, впоследствии стали именовать «Земля-снежок».
Несмотря на множество выдвинутых геолагами, климатологами и вулканологами гипотез, окончательного объяснения тому, какие процессы спровоцировали глобальное оледенение, до сих пор нет. По одной из версий, причиной глобального оледенения могло послужить одновременное сочетание двух факторов.
В первую очередь, континенты были сосредоточены в экваториальной области, где интенсивность солнечного излучения достигает максимума (так как на экваторе угол падения солнечных лучей на поверхность Земли наибольший, что обуславливает высокую температуру). Соответственно, эффект обратной связи, связанный с ростом альбедо, проявляется наиболее выраженно. В то время существовал суперконтинент Родиния, располагавшийся вдоль экватора, этот суперконтинент охватывал собой всю существующую сушу.
Не менее значимым фактором, инициирующим обратную связь, является низкий уровень углекислого газа (CO2) в атмосфере. Согласно недавним исследованиям, одно из которых Naked Science рассказывал, авторы полагают, что около 720–635 миллионов лет назад, даже при наличии вулканической активности, концентрация углекислого газа в атмосфере Земли могла уменьшаться. Этот процесс, скорее всего, был связан с «силикатным выветриванием», в ходе которого CO2 удаляется из атмосферы и переходит в океанические осадки.
Согласно исследованию, проведенному группой американских климатологов из Йельского и Чикагского университетов совместно с австрийскими коллегами из Венского университета, глобальное оледенение могло быть вызвано не только известными факторами, но и импактным событием, таким как столкновение с крупным астероидом. Результаты этого исследования были опубликованы в статье опубликована в журнале Science Advances.
Для проведения исследования ученые использовали детальную климатическую модель, которая учитывает циркуляцию атмосферы и океана, а также формирование морского льда в условиях различной концентрации углекислого газа в атмосфере. Исследователи использовали эту модель для оценки последствий воздействия астероида, размеры которого сопоставимы с Чиксулубский метеорит (считается, что он стал причиной вымирания динозавров 66 миллионов лет назад). Ученые полагают, что его диаметр составлял 10 километров, а диаметр кратера, возникшего после падения, достигает примерно 180 километров.
Параметры Чиксулубского метеорита были выбраны в качестве отправной точки, поскольку последствия его падения на Землю достаточно хорошо проанализированы. К примеру, известно, в результате этого события на планете наблюдалось похолодание, сопровождавшееся расширением ледяного покрова.
Ученые-климатологи использовали модель для анализа четырех сценариев, каждый из которых предполагает столкновение с астероидом подобного размера:
— Доиндустриального периода (150 лет назад);
— Последний ледниковый период достиг своего пика в период с 26,5 до 19 тысяч лет назад, когда температура была на 6,5 градуса Цельсия ниже, чем сегодня;
— Мелового периода, охватывающего период от 145 до 66 миллионов лет назад, то есть до падения Чиксулубского метеорита;
— Неопротерозойский период, охватывающий время от миллиарда до 542 миллиона лет назад, относится к эпохе, известной как «Земля-снежок».
Анализ показал, что в условиях более теплого климата, характерного для доиндустриальной эпохи и мелового периода, падение крупного астероида не спровоцировало бы глобальное похолодание. Однако, при сценариях с более низкой температурой, таких как максимум последнего оледенения и неопротерозой, воздействие на климатическую систему планеты было бы гораздо сильнее.
При достаточно холодном климате и низкой концентрации углекислого газа в атмосфере неопротерозоя, столкновение с телом размером с Чиксулуб спровоцировало бы эффект «Земли-снежка».
Если бы такой объект упал в период максимального последнего оледенения, то есть 26 тысяч лет назад, эффект «Земли-снежка» стал бы не только неизбежным, но и очень быстрым. Модель показала, в результате столкновения через десять лет поверхность Земли была бы практически полностью покрыта ледяным покровом толщиной от 10 метров, что сделало бы ее непригодной для существования.
Хотя исследования климатологов указывают на возможность того, что в неопротерозое эффект «Земли-снежка» был вызван столкновением с крупным астероидом, подтвердить эти выводы затруднительно. Ученые не располагают геологическими данными, свидетельствующими о падении объекта, сопоставимого с Чиксулубом, на Землю в ту эпоху. В течение сотен миллионов лет большинство кратеров было уничтожено тектоническими и эрозионными процессами, что привело к их исчезновению.
Авторы исследования, касаясь вопроса о возможности повторения сценария «Земли-снежка 2.0» в наши дни, выражают уверенность в маловероятности такого события. По их словам, даже столкновение с крупным астероидом вряд ли приведет к глобальному оледенению, во многом благодаря антропогенному потеплению, которое повышает температуру планеты.