Земля-снежок растаяла под кислотным дождём из газировки. Земля-снежок растаяла под кислотным дождём из газировки Обледенение земли

09.07.2021 -

Ястребов С.А.

(«ХиЖ», 2016, №9)

Обоюдоострый меч О 2

Биологические свойства молекулярного кислорода (O 2) как минимум двуедины. Кислород — мощный окислитель, с помощью которого можно получить много полезной энергии, и в то же время сильный яд, свободно проходящий сквозь клеточные мембраны и разрушающий клетки, если с ним неаккуратно обращаться. Иногда говорят, что кислород - это обоюдоострый меч («Current Biology», 2009, 19, 14, R567-R574). У всех организмов, имеющих дело с кислородом, обязательно есть и специальные ферментные системы, гасящие его химическое воздействие. Те, у кого таких ферментных систем нет, обречены быть строгими анаэробами, выживающими только в бескислородной среде. На современной Земле это некоторые бактерии и археи.

Главный источник O 2 - это кислородный фотосинтез; других известных реакций, способных давать его в сравнимых количествах, просто нет. Из школьного курса биологии мы знаем, что фотосинтезом называется синтез глюкозы С 6 H 12 O 6 из углекислоты CO 2 и воды H 2 O, происходящий с помощью энергии света. Главным «действующим лицом» тут служит углекислый газ, который восстанавливается водой; кислород же в этой реакции - не что иное, как побочный продукт, отход. Менее широко известно, что фотосинтез может и не приводить к выделению кислорода, если вместо воды в нем используется в качестве восстановителя какое-нибудь другое вещество - например, сероводород H 2 S, свободный водород H 2 или некоторые соединения железа; такой фотосинтез называется бескислородным, есть несколько разных его вариантов.

Практически наверняка бескислородный фотосинтез появился гораздо раньше кислородного. Поэтому в первый миллиард лет существования жизни (а скорее всего, дольше) фотосинтез хотя и шел, но никакого насыщения атмосферы Земли кислородом не вызывал. Содержание кислорода в атмосфере в те времена составляло не больше 0,001% от современного - попросту говоря, это значит, что его там толком не было.

Все изменилось, когда на сцену вышли синезеленые водоросли, или цианобактерии. Впоследствии эти существа стали предками пластид, фотосинтезирующих органелл клеток эукариот (напомним, что эукариотами называются организмы с клеточными ядрами, в отличие от прокариот - обладателей безъядерных клеток). Цианобактерии - очень древняя эволюционная ветвь. По меркам земной истории они удивительно неизменны. Например, широко распространенная в современных водоемах синезеленая водоросль осциллятория (Oscillatoria ) имеет ископаемых родственников, живших 800 миллионов лет назад, причем они практически неотличимы от современных осцилляторий («Ecology of Cyanobacteria II. Their Diversity in Space and Time», Springer, 2012, 15-36). Таким образом, осциллятория - впечатляющий пример живого ископаемого. Но самые первые цианобактерии появились намного раньше нее - это подтверждается палеонтологическими данными.

Поначалу цианобактерии не были многочисленны, потому что освоенный ими кислородный фотосинтез не давал никаких серьезных преимуществ по сравнению с бескислородным, которым владели другие группы микробов. Но химическое окружение этих микробов постепенно менялось. Наступил момент, когда «сырья» для бескислородного фотосинтеза просто перестало хватать. И вот тогда пробил час цианобактерий.

Кислородный фотосинтез имеет одно большое преимущество - совершенно неограниченный запас исходного реагента-восстановителя (воды). и один большой недостаток - высокую токсичность побочного продукта (кислорода). Неудивительно, что поначалу этот тип обмена не был «популярен». Зато при малейшем дефиците других субстратов, кроме воды, обладатели кислородного фотосинтеза должны сразу получать конкурентное преимущество, что и произошло. После этого наступила эпоха длиной примерно в миллиард лет, в течение которой облик Земли определяли в первую очередь цианобактерии. Недавно ее даже предложили неофициально назвать в их честь «цианозоем» (M.Barbieri, «Code Biology. A New Science of Life», «Springer», 2015, 75-91).

Именно из-за цианобактерий 2,4 миллиарда лет назад началась кислородная революция, она же кислородная катастрофа, или Великое окислительное событие (Great Oxidation Event, GOE). Строго говоря, это событие не было ни мгновенным, ни абсолютно уникальным («Nature», 2014, 506, 7488, 307-315). Короткие всплески концентрации кислорода, «кислородные дуновения», случались и раньше, это палеонтологически зафиксировано. И все же 2,4 миллиарда лет назад произошло нечто новое. За короткое по меркам земной истории время (считанные десятки миллионов лет) концентрация кислорода в атмосфере выросла примерно в тысячу раз и осталась на этом уровне; до прежних ничтожных величин она не опустилась больше никогда. Биосфера необратимо стала кислородной.

Для подавляющего большинства древних прокариот такой уровень кислорода был смертельно опасен. Неудивительно, что первым результатом кислородной революции стало массовое вымирание. Выжили в основном те, кто успел создать защищающие от кислорода ферменты, а иногда еще и толстые клеточные стенки в придачу (в том числе это пришлось сделать и самим цианобактериям). Есть основания полагать, что в первые 100-200 миллионов лет «нового кислородного мира» кислород был для живых организмов только ядом и ничем больше. А вот потом ситуация поменялась. Ответом биоты на кислородный вызов стало появление бактерий, которые включили кислород в цепочку реакций, разлагающих глюкозу, и таким образом начали использовать его для получения энергии.

Сразу оказалось, что кислородное окисление глюкозы (дыхание) в энергетическом плане намного эффективнее бескислородного (брожения). Оно дает в несколько раз больше свободной энергии на одну молекулу глюкозы, чем любой сколь угодно усложненный вариант бескислородного обмена. При этом начальные этапы распада глюкозы у пользователей дыхания и брожения остались общими: кислородное окисление послужило всего лишь надстройкой над уже имевшимся древним биохимическим механизмом, который сам по себе в кислороде не нуждался.

Группа микробов, которая освоила рискованное, но эффективное получение энергии с помощью кислорода, называется протеобактериями. Согласно общепринятой сейчас теории, именно от них произошли дыхательные органеллы эукариотных клеток - митохондрии.

По генетическим данным, ближайший современный родственник митохондрий - пурпурная спиральная альфа-протеобактерия Rhodospirillum rubrum («Molecular Biology and Evolution», 2004, 21, 9, 1643-1660). Родоспириллум обладает и дыханием, и брожением, и бескислородным фотосинтезом, в котором вместо воды используется сероводород, и может переключаться между этими тремя типами обмена в зависимости от внешних условий. Несомненно, такой симбионт - то есть в данном случае внутренний сожитель - был очень полезен предку эукариот.

Более того, многие современные ученые считают, что симбиоз древних архей с протеобактериями - предками митохондрий - был толчком к самому образованию эукариотной клетки (Евгений Кунин. Логика случая. М.: Центрполиграф, 2014). Эта гипотеза называется «раннемитохондриальной». Она предполагает, что разделение будущей эукариотной клетки на цитоплазму и ядро произошло только после внедрения в нее протеобактериального симбионта. Более старый «позднемитохондриальный» сценарий, согласно которому протеобактерия была попросту проглочена готовой эукариотной клеткой (самостоятельно возникшей из клетки археи), сейчас выглядит куда менее вероятным. На самом деле обе клетки - и архейная, и протеобактериальная - были в процессе объединения серьезно «пересобраны», породив своего рода химеру с новыми свойствами. Эта химера и стала эукариотной клеткой; молекулярные компоненты архейного и протеобактериального происхождения в ней сильно перемешались, разделив между собой функции («Палеонтологический журнал», 2005, 4, 3-18). Без протеобактерий эукариоты не возникли бы. А это означает, что их появление было прямым следствием кислородной революции.

В свете сказанного почти не выглядят преувеличением слова двух современных крупных ученых, палеонтолога и геолога: «Все согласны с тем, что эволюция синезеленых водорослей была самым значительным биологическим событием на нашей планете (даже более значительным, чем развитие эукариотических клеток и появление многоклеточных организмов)» (Питер Уорд, Джо Киршвинк. Новая история происхождения жизни на Земле. СПб: ИД «Питер», 2016). Действительно, знакомый нам мир животных и растений сейчас не существовал бы, если бы не цианобактерии и вызванный ими кризис.

Эпохи жизни

Вся история Земли делится на четыре огромных промежутка, именуемых эонами (это выше, чем эра). Названия эонов следующие: катархей, или гадей (4,6-4,0 млрд лет назад), архей (4,0-2,5 млрд лет назад), протерозой (2,5-0,54 млрд лет назад) и фанерозой (начался 0,54 млрд лет назад и продолжается сейчас). Это деление будет нам постоянно помогать, оно действительно удобно. Сделаем оговорку, что почти во всех подобных случаях запоминать стоит не временны?е границы, а последовательность эпох и относящихся к ним событий: это гораздо важнее. Исключение можно сделать разве что для двух-трех основополагающих дат вроде возраста Земли.

Катархей - это так называемая догеологическая эпоха, от которой не осталось никаких «нормальных» горных пород, расположенных послойно. Классические геологические и палеонтологические методы, основанные как раз на сравнении последовательных слоев, там не работают. Оставшиеся от катархея объекты - в основном маленькие зерна циркона, те самые, в которых недавно нашли предположительно биогенный углерод. О катархейской жизни (если она была) известно крайне мало.

В архее Земля принадлежит прокариотам - бактериям и археям (только не надо путаницы, совпадение корней в названии геологической эры «архей» и группы микробов «археи» на самом деле случайно). Граница архея и протерозоя приходится примерно на момент одного из сильных «кислородных дуновений», предшествующих кислородной революции. Сама кислородная революция произошла в начале протерозоя.

Протерозой - это эпоха кислорода и эукариот. С датировкой происхождения эукариот связан интересный парадокс. Дело в том, что более-менее надежно определимые многоклеточные эукариоты появляются в палеонтологической летописи заметно раньше, чем столь же надежно определимые одноклеточные. Нитчатая водоросль Grypania spiralis , которую обычно считают эукариотом, появилась 2,1 миллиарда лет назад («Australasian Journal of Palaeontology», 2016, doi: 10.1080/03115518.2016.1127725). Справедливости ради нужно сказать, что главным доводом за эукариотную природу грипании служит ее крупный размер - все остальные признаки не дают уверенности, что это не гигантская цианобактерия («Palaeontology», 2015, 58, 1, 5-17). Но дело в том, что эта находка не единственная. Самым древним известным эукариотом сейчас считается грибообразный организм Diskagma buttonii возрастом 2,2 миллиарда лет («Precambrian Research», 2013, 235, 71-87). А еще есть загадочные крупные спиралевидные существа - скорее всего, водоросли, возраст остатков которых - не меньше 2,1 миллиарда лет, как и у грипании («Nature», 2010, 466, 7302, 100-104). Зато самые ранние одноклеточные, однозначно определяемые как эукариоты, имеют возраст всего 1,6 миллиарда лет («Philosophical Transzctions of the Royal Society B», 2006, 361, 1470, 1023-1038). Это, разумеется, не значит, что многоклеточные эукариоты действительно появились раньше одноклеточных, - такое предположение противоречит всем имеющимся молекулярным данным. Одноклеточные просто хуже сохраняются, да и признаков, по которым можно определить организм, у них меньше.

Тем не менее из таких датировок следуют очень важные выводы. Вспомним, что дата кислородной революции - 2,4 миллиарда лет назад. Следовательно, мы знаем, что всего через 200 миллионов лет после нее в палеонтологической летописи появляются не просто эукариоты, а многоклеточные эукариоты. Это означает, что первые этапы эволюции эукариот были пройдены по меркам глобальной истории очень быстро. Безусловно, эукариотной клетке потребовалось время, чтобы оформить симбиоз с предками митохондрий, создать ядро, усложнить цитоскелет - внутриклеточную систему опорных структур. Но когда эти процессы закончились, создать первые многоклеточные организмы удалось почти сразу. Никаких дополнительных приспособлений на уровне клетки это не потребовало. Любая эукариотная клетка уже имеет в наличии полный набор молекулярных элементов, нужных, чтобы построить из таких клеток многоклеточное тело (хотя бы относительно простое). Разумеется, все эти элементы не менее полезны и для жизни одиночной клетки, иначе они бы просто не возникли. Общий предок эукариот, без сомнений, был одноклеточным, и очень многим его потомкам многоклеточность никогда не пригодилась. Примеры современных одноклеточных эукариот - амебы, эвглены, инфузории - мы знаем благодаря школьным учебникам, но на самом деле их гораздо больше.

Кислородная революция имела еще одно важное последствие, коснувшееся состава атмосферы. В архейской атмосфере было много азота (как и сейчас), а также углекислого газа и метана (гораздо больше, чем сейчас). Углекислый газ и метан очень хорошо поглощают инфракрасное излучение и тем самым удерживают в атмосфере Земли тепло, мешая ему уходить в космос. Это называется парниковым эффектом. Причем считается, что от метана парниковый эффект минимум раз в 20-30 сильнее, чем от углекислого газа. А в архейские времена метана в атмосфере Земли было примерно в 1000 раз больше, чем сейчас, и это обеспечивало довольно теплый климат.

Тут вмешивается еще и астрономия. Согласно общепринятой теории эволюции звезд, светимость Солнца медленно, но непрерывно растет. В архее она составляла всего 70-80% от современной - понятно, почему парниковый эффект был важен для поддержания планеты в тепле. Но после кислородной революции атмосфера стала окислительной и почти весь метан (CH 4) превратился в углекислый газ (CO 2), эффективность которого как парникового газа гораздо ниже. Это вызвало катастрофическое гуронское оледенение, длившееся около 100 миллионов лет и в некоторые моменты охватившее всю Землю: на участках суши, которые тогда находились всего в нескольких градусах широты от экватора, найдены следы ледников («Proceedings of the National Academy of Sciences USA», 2005, 102, 32, 11131-11136). Пик гуронского оледенения наступил 2,3 миллиарда лет назад. К счастью, оледенение не могло остановить тектоническую активность земной мантии; вулканы продолжали выбрасывать в атмосферу углекислый газ, и со временем его накопилось достаточно, чтобы восстановить парниковый эффект и растопить льды.

Однако главные климатические испытания были еще впереди.

Конец «скучного миллиарда»

За бурными событиями начала протерозоя последовал так называемый «скучный миллиард лет» (Boring Billion). В это время не происходило никаких оледенений, никаких резких перемен в составе атмосферы, никаких биосферных переворотов. Эукариотные водоросли жили в океанах, понемногу выделяя кислород. Их мир был по-своему разнообразным и сложным. Например, из эпохи «скучного миллиарда» известны многоклеточные красные и желтозеленые водоросли, удивительно похожие на своих современных родственников («Philosophical Transactions of the Royal Society B», 2006, 361, 1470, 1023-1038). Появляются в это время и грибы («Paleobiology», 2005, 31, 1, 165-182). А вот многоклеточные животные на просторах «скучного миллиарда лет» отсутствуют. Будем аккуратны: на нынешний момент никто не может с полной уверенностью утверждать, что многоклеточных животных тогда не было, но все данные на эту тему - в лучшем случае очень спорные («Precambrian Research», 2013, 235, 71-87).

В чем тут дело? Напрашивается мысль, что многоклеточность как таковая гораздо более совместима с образом жизни растения, чем животного. Любая клетка растения заключена в жесткую клеточную стенку, и нет сомнений, что это сильно облегчает регуляцию взаимного расположения клеток в сложном теле. Наоборот, клетки животных лишены клеточной стенки, их форма неустойчива, да еще и постоянно меняется при актах фагоцитоза, то есть поглощения пищевых частиц. Собрать из таких клеток целый организм - сложная задача. Если бы никаких многоклеточных животных не появилось вовсе, а биологами стали представители растений либо грибов, они, скорее всего, после изучения этой проблемы пришли бы к выводу, что сочетание многоклеточности с отсутствием клеточной стенки просто невозможно. Во всяком случае, это объясняет, почему многоклеточность много раз возникала в разных группах водорослей, но только один раз - у животных.

Есть и другая идея. В 1959 году канадский зоолог Джон Ральф Нерселл связал внезапное (как тогда считалось) появление животных в палеонтологической летописи с ростом концентрации кислорода в атмосфере («Nature», 1959, 183, 4669, 1170-1172). Животные, как правило, обладают активной подвижностью, которая требует столько энергии, что без кислородного дыхания им не обойтись. И кислорода нужно много. А в эпоху «скучного миллиарда» содержание О 2 в атмосфере почти наверняка не достигало 10% от современного уровня - минимума, который часто считают необходимым для поддержания животной жизни. Правда, эта подозрительно круглая цифра, скорее всего, завышена («Proceedings of the National Academy of Sciences USA», 2014, 111, 11, 4168-4172). Подобные оговорки, однако, не мешают признать, что старая идея Нерселла как минимум не противоречит современным данным: предполагаемое начало эволюции многоклеточных животных весьма приближенно, но совпадает по времени с новым ростом концентрации атмосферного кислорода в конце протерозоя («Annual Review of Ecology, Evolution, and Systematics», 2015, 46, 215-235). Это просто не могло не стать фактором, облегчившим появление животных: в конце-то концов, чем больше кислорода, тем лучше. Не надо только считать кислородный фактор строго единственным. Будем помнить, что и во времена, когда кислорода стало сколько угодно, никаких многократных попыток создания многоклеточности животного типа не отмечается. Этот эксперимент удался природе лишь один раз.

Уютная эпоха «скучного миллиарда лет» могла бы длиться еще долго, если бы в биологию не вмешалась география. Драматические события, героем которых стала сама планета, привлекали внимание ученых на протяжении полувека, но только лет 15 назад информацию о них удалось сложить в более-менее цельную картинку. Бросим на эту картинку беглый взгляд, начав, как и положено, с начала.

В 1964 году английский геолог Брайан Харленд опубликовал статью, в которой констатировал, что абсолютно на всех континентах есть следы древнего оледенения, относящегося к одному и тому же времени - позднему протерозою. Как раз в начале 60-х годов геологи научились определять прошлое положение континентов с помощью данных о намагниченности горных пород. Харленд собрал эти данные и увидел, что объяснить их можно только одним способом: предположив, что позднепротерозойское оледенение охватило сразу все широты Земли, то есть было всепланетным. Любые другие гипотезы выглядели еще менее правдоподобными (например, пришлось бы предполагать немыслимо быстрое перемещение полюсов, чтобы все земли по очереди накрывались полярной шапкой). Как сказал Шерлок Холмс во время поисков Джонатана Смолла, «отбросьте все невозможное, то, что останется, и будет ответом, каким бы невероятным он ни казался». Именно так Харленд и поступил. Написанная им с соавтором обстоятельная статья не претендует ни на какие сенсации - там просто честно изложены факты и выводы («Scientific American», 1964, 211, 2, 28-36). И все же гипотеза о всепланетном оледенении была для большинства ученых слишком смелой.

Буквально в те же годы теорией оледенений занялся известный геофизик, ленинградец Михаил Иванович Будыко. Он обратил внимание на то, что оледенение может саморазвиваться. Ледяной покров имеет высокую отражательную способность (альбедо), поэтому чем больше суммарная площадь ледников, тем большая доля солнечного излучения отражается обратно в космос, унося с собой тепло. А чем меньше Земля получает тепла, тем на ней становится холоднее, и площадь ледяного покрова в результате растет, повышая альбедо еще сильнее. Получается, что оледенение - это процесс с положительной обратной связью, то есть способный усиливать сам себя. А в таком случае должен существовать некоторый критический уровень оледенения, после которого оно будет нарастать, пока волны льда с Северного и Южного полюсов не схлопнутся на экваторе, полностью заключив планету в ледяной покров и понизив ее температуру на несколько десятков градусов. Будыко математически показал, что такое развитие событий возможно («Tellus», 1969, 21, 5, 611-619). Но он и понятия не имел, что в истории Земли оно несколько раз происходило! Потому что на тот момент Будыко и Харленд еще не читали друг друга.

Земля-снежок

Сейчас оледенение, которое открыл Харленд, принято называть эпохой «Земли-снежка» (Snowball Earth). Судя по всему, оно действительно было всепланетным. А главной его причиной считается резкое ослабление парникового эффекта из-за падения концентрации углекислого газа (который стал главным парниковым газом после того, как кислород «съел» почти весь метан). Фотосинтез и дыхание тут, скорее всего, ни при чем. Если кислородную революцию биота Земли устроила себе сама, то сейчас она оказалась жертвой внешнего фактора, совершенно небиологического по своей природе.

Дело в том, что оборот углекислого газа гораздо меньше зависит от живых существ, чем оборот кислорода. Основным источником атмосферного CO 2 на Земле до сих пор служат извержения вулканов, а основным стоком - процесс, который называется химическим выветриванием. Углекислый газ взаимодействует с горными породами, разрушая их, а сам при этом превращается в карбонаты (ионы HCO 3 - или CO 3 2-). Последние хорошо растворяются в воде, зато в состав атмосферы больше не входят. И получается предельно простая зависимость. Если интенсивность работы вулканов превосходит интенсивность химического выветривания, атмосферная концентрация CO 2 растет. Если наоборот - падает.

На исходе «скучного миллиарда», 800 миллионов лет назад, почти вся земная суша входила в состав единственного суперконтинента под названием Родиния. По словам одного известного геолога, гигантские суперконтиненты, как и крупные империи в социальной истории Земли, всегда оказывались неустойчивыми (В.Е.Хаин, М.Г.Ломизе. Геотектоника с основами геодинамики. М: Изд-во МГУ, 1995). Поэтому неудивительно, что Родиния начала раскалываться. По краям разломов застывал извергнутый базальт, который сразу же становился объектом химического выветривания. Почвы тогда не было, и продукты выветривания легко сносились в океан. В конце концов Родиния распалась на семь или восемь небольших - размером примерно с Австралию -континентов, которые стали дрейфовать в стороны друг от друга. Расход CO 2 на выветривание базальта привел к падению его уровня в атмосфере.

Вулканизм, которым распад суперконтинента неизбежно сопровождался, мог бы компенсировать это, если бы не одно случайное обстоятельство. В силу каких-то причуд дрейфа континентов и Родиния, и ее обломки находились у экватора, в теплом поясе, где химическое выветривание шло особенно быстро. Математические модели показывают, что именно по этой причине концентрация CO 2 опустилась ниже порога, за которым начинается оледенение («Nature», 2004, 428, 6980, 303-306). А когда оно началось, тормозить выветривание было уже поздно.

Надо признать, что положение континентов в позднем протерозое оказалось настолько неудачным (с точки зрения обитателей планеты), насколько это вообще возможно. Дрейф континентов управляется потоками вещества земной мантии, динамика которых, по сути, неведома. Но мы знаем, что в данном случае эти потоки собрали всю земную сушу в единый континент, находящийся точно на экваторе и вытянутый по широте. Если бы он оказался на одном из полюсов или был вытянут с севера на юг, начавшееся оледенение закрыло бы часть пород от выветривания и тем самым приостановило уход углекислого газа из атмосферы - тогда процесс мог затормозиться. Как раз такую ситуацию мы наблюдаем сейчас, когда есть ледяные щиты Антарктиды и Гренландии («Scientific American», 1999, 9, 38). А в конце протерозоя почти все крупные участки суши находились близко к экватору - и были обнажены до того момента, когда северный и южный ледяные покровы сомкнулись. Земля стала ледяным шаром.

На самом деле эпизодов «Земли-снежка» было не меньше трех. Первый из них относился еще к гуронскому оледенению (которое, как мы помним, произошло не из-за углекислого газа, а из-за метана). Потом в течение более чем миллиарда лет никаких оледенений не было совсем. А затем последовали еще два разделенных небольшим перерывом всепланетных оледенения, одно из которых длилось примерно 60 миллионов лет, другое - примерно 15 миллионов лет. Именно их открыл Брайан Харленд. Геологический период, охватывающий эти оледенения, называют криогением (он является частью протерозоя).

О живой природе криогения известно мало. Климат тогда на всей Земле был, по нынешним меркам, антарктическим. Большую часть Мирового океана покрывал километровый слой льда, так что интенсивность фотосинтеза не могла быть высокой. Свет, неожиданно ставший ценнейшим ресурсом, попадал в океан только местами, сквозь трещины, полыньи или небольшие участки тонкого льда. Удивительно, что некоторые многоклеточные организмы сумели пережить криогений, совершенно не изменившись, - например, красные водоросли. Они и сейчас приспособлены к тому, чтобы использовать очень слабый свет, проникающий на такую глубину, где уже не живут никакие другие фотосинтезирующие существа (Ю.Т.Дьяков. Введение в альгологию и микологию. М.: Изд-во МГУ, 2000). Никуда не делся и одноклеточный планктон. Содержание кислорода в криогениевом океане сильно упало, поэтому жизнь на его дне, скорее всего, была в основном анаэробной, но подробности этого от нас пока скрыты.

Окончания эпизодов «Земли-снежка» тоже по-своему драматичны. Во время всепланетных оледенений все процессы, связанные с поглощением больших объемов углекислого газа, в буквальном смысле замораживались. А между тем вулканы (работу которых никто не останавливал) выбрасывали и выбрасывали CO 2 в атмосферу, постепенно доводя его концентрацию до огромных величин. В какой-то момент ледяной щит уже не мог сопротивляться парниковому эффекту, и тогда начинался лавинообразный процесс разогрева планеты. Буквально за несколько тысяч лет - то есть геологически за мгновение - весь лед таял, освободившаяся вода заливала значительную часть суши мелкими окраинными морями, а температура земной поверхности, судя по расчетам, подскакивала до 50 о С («Engineering and Science», 2005, 4, 10-20). И только после этого начинался постепенный возврат Земли к «нормальному» внеледниковому состоянию. За время криогения весь этот цикл был пройден минимум дважды.

Начало «Snowball Earth»

CaSiO 3 + CO 2 + H 2 O → Ca 2+ + SiO 2 + HCO 3 −

Когда Земля охлаждается (из-за естественных климатических флуктуаций и изменений в солнечной радиации), скорость химических реакций падает, и этот тип выветривания замедляется. В результате меньшее количество диоксида углерода извлекается из атмосферы. Повышение концентрации диоксида углерода, являющегося парниковым газом , приводит к обратному эффекту - Земля разогревается. Эта отрицательная обратная связь лимитирует силу похолодания. Во времена криогения все континенты были в тропиках возле экватора , что делало этот сдерживающий процесс менее эффективным, так как высокая скорость выветривания сохранялась на суше даже во время охлаждения Земли. Это позволило ледникам продвинуться далеко от полярных регионов. Когда ледник продвинулся достаточно близко к экватору, положительная обратная связь через увеличение отражательной способности (альбедо) привела к дальнейшему похолоданию, пока Земля целиком не обледенела.

Во время ледникового периода

Глобальная температура упала так низко, что на экваторе было так же холодно, как в современной Антарктиде . Эта низкая температура поддерживалась льдом, высокое альбедо которого приводило к тому, что большая часть приходящего солнечного излучения отражалась обратно в космос. Этот эффект усиливало малое количество облаков, вызванное тем, что водяной пар был заморожен.

Окончание ледникового периода

Уровень углекислого газа, необходимый для разморозки Земли, оценивается как в 350 раз превышающий современный, примерно 13 % атмосферы. Так как Земля была почти полностью покрыта льдом, диоксид углерода не мог быть удален из атмосферы путем выветривания силикатных пород. За миллионы лет накопилось количество CO 2 и метана , в основном извергнутых вулканами, достаточное для парникового эффекта, растопившего поверхностный лёд в тропиках до образования пояса свободных ото льда воды и суши; этот пояс будет темнее, чем лёд, и поэтому будет поглощать больше солнечной энергии, запуская «положительную обратную связь ».

На континентах таяние ледников обнажит большое количество ледниковых отложений, которые начнут эродировать и выветриваться.

Попавшие в результате этого в океан осадки, богатые такими биогенами, как фосфор , вкупе с обилием CO 2 , вызовут взрывной рост популяций цианобактерий . Это приведёт к относительно быстрой реоксигенации атмосферы, которая может быть связана с возникновением эдиакарской биоты и последующим «Кембрийским взрывом » - большая концентрация кислорода позволила развиться многоклеточным формам. Эта петля положительной обратной связи растопила лёд в геологически короткое время, возможно, меньшее, чем 1000 лет; накопление в атмосфере кислорода и падение содержания CO 2 продолжалось несколько последующих тысячелетий.

Вода растворила остатки CO 2 из атмосферы , образовав угольную кислоту , выпавшую в виде кислотных дождей . Это, усилив выветривание обнажённых силикатных и карбонатных горных пород (включая легко выветриваемые ледниковые наносы), освободило большие количества кальция, который, будучи смыт в океан, сформировал ясно текстурированные карбонатные осадки. Подобные абиотические «венчающие карбонаты» (англ. «cap carbonates» ), которые могут быть найдены на вершине ледниковых тилей, впервые навели на мысль о Земле-снежке.

Возможно, уровень углекислого газа упал настолько, что Земля вновь замёрзла; этот цикл мог повторяться до тех пор, пока дрейф континентов не привёл к их перемещению в более полярные широты.

Аргументы в пользу гипотезы

Ледниковые отложения в низких широтах

Осадочные горные породы, отложенные ледником, имеют характерные черты, позволяющие идентифицировать их. Задолго до появления гипотезы Snowball Earth многие отложения неопротерозоя были идентифицированы как ледниковые. Однако многие черты осадков, обычно связываемые с ледником, могут иметь и другое происхождение. Свидетельства включают в себя:

эрратические валуны (камни, упавшие в морские осадки), которые могут быть вызваны ледником или другими причинами;
слоистость (ежегодные отложения осадков в приледниковых озёрах);
ледниковая исчерченность (образуется, когда обломки пород, подхваченные ледником, царапают подстилающую породу): подобная исчерченность иногда вызывается селями .

Палеомагнетизм

При формировании горных пород магнитные домены в ферромагнитных минералах, имещихся в породе выстраиваются в соответствии с силовыми линиями магнитного поля Земли. Точное измерение этого направления позволяет оценить широту (но не долготу), где была сформирована порода. Палеомагнитные данные говорят о том, что многие неопротерозойские осадки ледникового происхождения были образованы в пределах 10 градусов от экватора. Палеомагнитные данные вместе со свидетельствами, полученными из осадков (такие, как эрратические валуны) говорят о том, что ледники доходили до уровня моря в тропических широтах. Неясно, говорит ли это о глобальном оледенении или о существовании локальных, возможно ограниченных сушей, ледников.

Соотношение изотопов углерода: отсутствие фотосинтеза

В морской воде присутствуют два стабильных изотопа углерода : углерод-12 (С-12) и редкий углерод-13 (С-13), составляющий примерно 1,109 % всех атомов углерода. В биохимические процессы (в фотосинтез , например) преимущественно вовлекается более легкий С-12. Таким образом, океанические фотосинтетики, и протисты , и водоросли , несколько обеднены С-13 относительно первичных вулканических источников земного углерода. Поэтому у океана с фотосинтетической жизнью отношение С-12/С-13 будет выше в органических остатках и ниже в окружающей воде. Органический компонент литифицированных осадков навсегда остается немного, но измеряемо обеднен углеродом-13. Во время предполагаемого глобального оледенения вариации концентрации С-13 были быстрыми и экстремальными относительно наблюдаемых нормальных вариаций. Это согласуется со значительным похолоданием, убившим большинство или почти всех фотосинтетиков в океане. Основной вопрос, связанный с этой идеей, состоит в определении одновременности вариаций в соотношении изотопов углерода, геохронологическое подтверждение чего отсутствует.

Железисто-кремниевые формации

Камень с железисто-кремниевыми формациями возрастом 2,1 млрд лет

Железисто-кремниевые формации - осадочная порода, состоящая из слоев оксида железа и бедного железом кремня . В присутствии кислорода, железо ржавеет и становится нерастворимым в воде. Железисто-кремниевые формации обычно очень старые и их отложение часто связано с окислением земной атмосферы во время Палеопротерозоя , когда растворенное железо в океане контактировало с выделенным фотосинтетиками кислородом и осаждалось в виде оксида. Слои формировались на границе между бескислородной и кислородсодержащей атмосферой. Так как современная атмосфера богата кислородом (примерно 21 % по объёму), невозможно накопить достаточно оксида железа для откладки железисто-кремниевой формации. Единственные массовые железисто-кремниевые формации, отложенные после палеопротерозоя, связаны с ледниковыми отложениями криогения. Для того, чтобы сформировались подобные богатые железом горные породы, необходим бескислородный океан, где большое количество растворенного железа (в виде оксида железа (II)) может накопиться до того, как окислитель осадит его в виде оксида железа (III). Чтобы океан стал бескислородным, необходимо ограничение газообмена с кислородной атмосферой. Сторонники гипотезы считают, что повторное появление железисто-кремниевых формаций - результат ограниченного уровня кислорода в океане, скованном льдом.

«Венчающие карбонаты»

Сверху неопротерозойские ледниковые отложения обычно переходят в химически осажденные известняки и доломиты толщиной от метров до десятков метров. Эти «венчающие карбонаты» иногда находятся в последовательности осадков, не имеющих других карбонатов, что позволяет предположить, что их формирование - результат глубокого изменения химии океана.

Эти «венчающие карбонаты» имеют необычный химический состав и странную осадочную структуру, часто интерпретируемую как большие наносы. Формирование таких осадочных пород могло случиться при большом увеличении щелочности из-за высоких темпов выветривания во время экстремального парникового эффекта, последующего за глобальным оледенением.

Выживание жизни во время ледниковых периодов

Грандиозное оледенение должно было подавить растительную жизнь на Земле и, следовательно, привести к значительному снижению концентрации или даже полному исчезновению кислорода, что позволило образоваться неокисленным богатым железом породам. Скептики утверждают, что такое оледенение должно было привести к полному исчезновению жизни, чего не произошло. Сторонники гипотезы отвечают им, что жизнь могла выжить следующими путями.

Оазисы анаэробной и аноксифильной жизни, питаемые энергией глубоководных гидротерм, выживали в глубине океанов и коры - но фотосинтез был там невозможен.
В открытом океане, вдалеке от суперконтинента Родиния или его осколков после его распада, могли остаться небольшие участки открытой воды, сохранившие жизнь с доступом света и углекислого газа для фотосинтетиков, дававших небольшие количества кислорода, достаточные для поддержания некоторых оксифильных организмов. Такой вариант возможен и в том случае, если океан замерз полностью, но небольшие участки льда были достаточно тонки, чтобы пропускать свет.
На нунатаках в тропиках, где днем тропическое солнце или вулканическое тепло разогревали скалы, защищенные от холодного ветра, и образовывали временные талые водоемы, замерзавшие после заката.
Яйца, споры и покоящиеся стадии, вмороженные в лёд, могли пережить наиболее тяжелые фазы оледенения.
Под слоем льда, в хемолитотрофных экосистемах, теоретически ожидаемых в ложах современных ледников, высокогорной и арктической вечной мерзлоте. Особенно вероятно это в зонах вулканизма или геотермальной активности.
В бассейнах жидкой воды внутри и под слоем льда, подобно озеру Восток в Антарктиде. Согласно теории, эти экосистемы подобны микробным сообществам, живущим в постоянно замерзших озёрах антарктических сухих долин.

Российский палеонтолог Михаил Федонкин, однако, указывая, что современные данные (как палеонтологические, так и молекулярнобиологические) говорят о том, что большинство групп эукариотических организмов появилось ещё до неопротерозойского оледенения, считает это свидетельством против «крайних палеоклиматических моделей в виде гипотезы Snowball Earth», не отрицая роль похолодания в эукариотизации биосферы .

Эволюция жизни

Критика гипотезы

Результаты моделирования

Основываясь на результатах климатического моделирования, Дик Пельтье (Dick Peltier) из Университета Торонто заключил, что большие океанические акватории должны были остаться свободными ото льда, утверждая, что «сильный» вариант гипотезы неправдоподобен по соображениям энергетического баланса и моделей глобальной циркуляции.

Неледниковое происхождение диамиктитов

Осадочная порода диамиктит, обычно интерпретируемая как ледниковое отложение, также была интерпретирована как селевые осадки (Eyles and Januszczak, 2004).

Гипотеза высокого наклона

Одна из конкурирующих гипотез, объясняющих наличие льда на экваториальных континентах - высокий наклон земной оси, около 60°, поместивший земную сушу в высокие «широты». Более слабый вариант гипотезы предполагает всего лишь миграцию магнитного поля Земли к этому наклону, так как прочтение палеомагнитных данных, говорящее о низкоширотных оледенениях, основывается на близости магнитных и географических полюсов (есть некоторые данные, позволяющие думать именно так). В любой из этих двух ситуаций оледенение будет ограничено относительно малой территорией, как сейчас, и радикальные изменения земного климата не понадобятся.

Инерциальное истинное перемещение полюсов

Ещё одно альтернативное объяснение полученных данных - концепция инерциального истинного перемещения полюсов. Предложенная Киршвинком и другими в июле 1997, эта концепция предполагает, что континентальные массивы могли двигаться намного быстрее, чем ранее предполагалось под влиянием физических законов, определяющих распределение масс по планете в целом. Если континенты ушли слишком далеко от экватора, вся литосфера может сдвинуться, чтобы привести их обратно со скоростями, в сотни раз превышающими обычные тектонические движения. Это должно выглядеть, как будто магнитный полюс перемещался, в то время как на самом деле континенты перестраивались относительно него. Эта идея была оспорена Торсвиком (Torsvik, 1998), Мертом (Meert, 1999) и Торсвиком и Ренстормом (Torsvik, Rehnstorm, 2001), показавшими, что предложенный Киршвинком (Kirshvink, 1997) размах перемещения полюсов недостаточен для поддержки гипотезы. Таким образом, хотя геофизический механизм истинного перемещения полюсов заслуживает доверия, этого нельзя сказать о той идее, что подобное событие случилось в кембрии.

Если подобное быстрое движение имело место, оно должно быть ответственным за существование подобных черт оледенения на временных отрезках, близких к околоэкваториальному расположению континентов. Инерциальное истинное перемещение полюсов также связывали с кембрийским взрывом , так как животные должны были приспосабливаться к быстро меняющейся окружающей среде. Однако последние данные более не поддерживают существование подобного быстрого движения в кембрийское время.

Причины глобального оледенения

Невероятно, чтобы начало глобальному оледенению положил лишь один фактор. Наоборот, должны были совпасть несколько факторов.

Состав атмосферы

Для начала глобального оледенения необходим низкий уровень парниковых газов : углекислого газа, метана и водяного пара.

Распределение континентов

Сосредоточение континентов у тропиков необходимо для начала глобального оледенения. Большее количество осадков в тропиках ведёт к усилению речного стока, что захоранивает больше карбонатов, удаляя углекислый газ из атмосферы. Полярные континенты из-за низкого испарения слишком сухи для такого большого отложения углерода. Постепенное увеличение доли изотопа углерода-13 относительно углерода-12 в осадках, предшествовавшее Варангианскому оледенению указывает на то, что это медленный постепенный процесс.

История теории

1952: Австралия

1998: Намибия

Интерес к гипотезе «Snowball Earth» значительно увеличился после того, как Пол Хоффман (Paul F. Hoffman), профессор геологии Гарвардского Университета с соавторами опубликовал статью в «Science», применив идеи Киршвинка к последовательности неопротерозойских осадков в Намибии .

2007: Оман: ледниково-межледниковая цикличность

Группа авторов, основываясь на химии осадочных пород криогения в Омане , описали активные гидрологические циклы и изменения в климате, выведшие Землю из полностью оледенелого состояния. Используя отношение мобильных катионов к оставшимся в почве во время химического выветривания (химический индекс альтерации), они заключили, что интенсивность химического выветривания циклически изменялась, увеличиваясь во время межледниковий и уменьшаясь во время холодных и сухих оледенений.

Современное состояние (апрель 2007)

В настоящее время дебаты вокруг гипотезы продолжаются под эгидой «Международной программы по наукам о Земле» (International Geoscience Programme) - проект 512 «Неопротерозойский ледниковый период».

Другие предполагаемые глобальные оледенения

Палеопротерозойское оледенение

Гипотеза Snowball Earth привлекалась для объяснения ледниковых отложений в Гуронской супергруппе Канады, хотя палеомагнитные свидетельства низкоширотных ледников спорны. Ледниковые осадки южноафриканской Макгайенской формации несколько моложе, чем гуронские ледниковые отложения (возрастом примерно 2,25 миллиардов лет) и образовались в тропических широтах. Предполагалось, что рост концентрации свободного кислорода во время этой части Палеопротерозоя удалил метан из атмосферы, окислив его. Так как Солнце в то время было значительно слабее, чем ныне, именно метан как сильный парниковый газ мог удерживать поверхность Земли от замерзания. В отсутствие метанового парникового эффекта температура упала, и смогло произойти глобальное оледенение.

Каменноугольное оледенение (ранние предположения)

Примечания

Краткое упрощенное описание - см. в книге Tjeerd van Andel New Views on an Old Planet: A History of Global Change (Cambridge University Press) (1985, second edition 1994).
Hyde, W.T.; Crowley, T.J., Baum, S.K., Peltier, W.R. (2000). «Neoproterozoic "snowball Earth" simulations with a coupled climate/ice-sheet model » (PDF). Nature 405 (6785): 425–9. DOI :10.1038/35013005 . PMID 10839531 . Проверено 2007-05-05.
Hoffman, P.F. (1999). «The break-up of Rodinia, birth of Gondwana, true polar wander and the snowball Earth ». Journal of African Earth Sciences 28 (1): 17-33. Проверено 2007-04-29.
D.A.D. Evans (2000). «Stratigraphic, geochronological, and paleomagnetic constraints upon the Neoproterozoic climatic paradox». American Journal of Science 300 (5): 347 – 433.
Young, G.M. (1995-02-01). «Are Neoproterozoic glacial deposits preserved on the margins of Laurentia related to the fragmentation of two supercontinents? ». Geology 23 (2): 153-156. Проверено 2007-04-27.
D.H. Rothman; J.M. Hayes; R.E. Summons (2003). «Dynamics of the Neoproterozoic carbon cycle». PNAS 100 (14): 124 – 129.
Kirschvink Joseph Late Proterozoic low-latitude global glaciation: the Snowball Earth // The Proterozoic Biosphere: A Multidisciplinary Study / J. W. Schopf; C. Klein. - Cambridge University Press, 1992.
M.J. Kennedy (1996). «Stratigraphy, sedimentology, and isotopic geochemistry of Australian Neoproterozoic postglacial camp dolostones: deglaciation, d13C excursions and carbonate precipitation». Journal of Sedimentary Research 66 (6): 1050 – 1064.
Spencer, A.M. (1971). «Late Pre-Cambrian glaciation in Scotland». Mem. Geol. Soc. Lond. 6 .
P. F. Hoffman; D. P. Schrag (2002). «The snowball Earth hypothesis: testing the limits of global change». Terra Nova 14 : 129 – 155.
Федонкин, М.А. (2006). «Две летописи жизни: опыт сопоставления (палеобиология и геномика о ранних этапах эволюции биосферы) ». сб. ст., посв. 70-летию академика Н.П.Юшкина: «Проблемы геологии и минералогии» : 331-350.
Fedonkin, M.A. (2003). «The origin of the Metazoa in the light of the Proterozoic fossil record ». Paleontological Research 7 (1).
Peltier W.R. Climate dynamics in deep time: modeling the “snowball bifurcation” and assessing the plausibility of its occurrence // The Extreme Proterozoic: Geology, Geochemistry, and Climate / Jenkins, G.S., McMenamin, M.A.S., McKey, C.P., & Sohl, L. (. - American Geophysical union, 2004. - P. 107-124.
Schrag, D.P.; Berner, R.A., Hoffman, P.F., Halverson, G.P. (2002). «On the initiation of a snowball Earth ». Geochem. Geophys. Geosyst 3 (10.1029). Проверено 2007-02-28.
A. R. Alderman; C. E. Tilley (1960). «Douglas Mawson, 1882-1958 ». Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Society 5 : 119 – 127.
W. B. Harland (1964). «Critical evidence for a great infra-Cambrian glaciation». International Journal of Earth Sciences 54 (1): 45 – 61.
M.I. Budyko (1969). «Effect of solar radiation variation on climate of Earth». Tellus 21 (5): 611 – 1969.
P. F. Hoffman, A. J. Kaufman; G. P. Halverson; D. P. Schrag (1998). «A Neoproterozoic Snowball Earth». Science 281 : 1342 – 1346.
R. Rieu; P.A. Allen; M. Plotze; T. Pettke (2007). «Climatic cycles during a Neoproterozoic "snowball" glacial epoch ». Geology 35 (5): 299–302.
http://www.igcp512.com/
Williams G.E.; Schmidt P.W. (1997). «Paleomagnetism of the Paleoproterozoic Gowganda and Lorrain formations, Ontario: low paleolatitude for Huronian glaciation ». EPSL 153 (3): 157-169.
Robert E. Kopp, Joseph L. Kirschvink, Isaac A. Hilburn, and Cody Z. Nash (2005). «The Paleoproterozoic snowball Earth: A climate disaster triggered by the evolution of ». PNAS 102 (32): 11131-11136.
Evans, D. A., Beukes, N. J. & Kirschvink, J. L. (1997) Nature 386, 262-266.

Литература

Arnaud, E. and Eyles, C.H. 2002. Catastrophic mass failure of a Neoproterozoic glacially-influenced continental margin, the Great Breccia, Port Askaig Formation, Scotland. Sedimentary Geology 151: 313-333.
Arnaud, E. and Eyles, C. H. 2002. Glacial influence on Neoproterozoic sedimentation: The Smalfjord Formation, northern Norway, Sedimentology, 49: 765-788.
Eyles, N., and Januszczak, N. (2004). «Zipper-rift»: a tectonic model for Neoproterozoic glaciations during the break up of Rodinia after 750 Ma. Earth Science Reviews 65, 1-73.
Fedonkin, M.A. 2003. The origin of the Metazoa in the light of the Proterozoic fossil record. Paleontological Research, 7: 9-41
Gabrielle Walker, 2003, Snowball Earth , Bloomsbury Publishing, ISBN 0-7475-6433-7
Jenkins, Gregory, et al, 2004, The Extreme Proterozoic: Geology, Geochemistry, and Climate AGU Geophysical Monograph Series Volume 146, ISBN 0-87590-411-4
Kaufman, A.J.; Knoll, A.H., Narbonne, G.M. (1997). «Isotopes, ice ages, and terminal Proterozoic earth history» (National Acad Sciences). . Включает данные о эффекте глобального оледенения на жизнь.
Kirschvink, Joseph L., Robert L. Ripperdan, and David A. Evans, «Evidence for a Large-Scale Reorganization of Early Cambrian Continental Masses by Inertial Interchange True Polar Wander». Science 25 July 1997:541 - 545.
Roberts, J.D., 1971.Late Precambrian glaciation: an anti-greenhouse effect? Nature, 234, 216-217.
Roberts, J.D., 1976. Late Precambrian dolomites, Vendian glaciation, and the synchroneity of Vendian glaciation, J. Geology, 84, 47-63.
Meert, J.G. and Torsvik, T.H. (2004) Paleomagnetic Constraints on Neoproterozoic ‘Snowball Earth’ Continental Reconstructions, AGU Monograph Extreme Climates.
Meert, J.G., 1999. A paleomagnetic analysis of Cambrian true polar wander, Earth Planet. Sci. Lett., 168, 131-144.
Sankaran, A.V., 2003. Neoproterozoic ‘snowball earth’ and the ‘cap’ carbonate controversy. Current Science, vol. 84, no. 7. (includes multiple references within, online at

Исследователи из КНР и США проанализировали содержание различных изотопов магния в горных породах из Южного Китая древностью в 635 миллионов лет. Содержание различных изотопов магния указало на то, что эти породы в ту пору подвергались сильной эрозии под воздействием угольной кислоты. Открытие подтверждает давно разработанную гипотезу о том, что Земля-снежок растаяла, когда над ней начали массово идти кислотные дожди. Соответствующая опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences .

Учёные исследовали фрагмент скальных пород, который 635 миллионов лет назад был частью горной вершины. Она выступала над всепланетным ледником, покрывавшим в ту эпоху Землю, и подвергалась прямому контакту с дождями, содержащими угольную кислоту. Это изменило соотношение изотопов магния в леднике. Как отмечают исследователи, их находка показывает, что именно огромная концентрация диоксида углерода в воздухе привела к размораживанию Земли. Если его было достаточно для ливней с угольной кислотой, значит, парниковый эффект достигал уровня, немыслимого по сегодняшним меркам.

Кроме того, новая работа указывает на источник карбонатной "шапки" – слоя карбонатных отложений, лежащего поверх слоёв времён глобального оледенения. Угольная кислота была агрессивной химической средой, с помощью которой из горных пород образовывались карбонаты. С таявшей водой они стекали в океаны, где стали основой для резкого роста содержания соединений кальция. Избыток этого вещества сыграл большую роль в образовании животного мира кембрия. Тогдашние многоклеточные существа часто использовали кальций для "строительства" наружных твёрдых пороков.

Климат нашей планеты в долгосрочном плане управляется углеродным циклом. Если на ней слишком жарко, углекислый газ из воздуха активно поглощается горными породами. При малом содержании диоксида углерода в воздухе парниковый эффект ослабевает - и Земля снова охлаждается. Если становится холодно, скорость химических реакций замедляется и углекислый газ слабее поглощается горными породами, накапливаясь в атмосфере. От этого наступает глобальное потепление, и климат всё равно возвращается к норме. 650 миллионов лет назад этот естественный терморегулятор по не ясным пока причинам дал сбой.

Углекислого газа однажды стало так мало, что на планете установилось глобальное оледенение: льдом покрылась вся вода и суша, даже на экваторе. Это состояние в геологии обозначают как Земля-снежок (snowball earth) . По логике углеродного цикла, вулканические извержения, пополняющие атмосферный углекислый газ, со временем должны были поднять его концентрацию до огромных значений, ведь горные породы и морская вода из-подо льда не могли связать ключевой парниковый газ. Со временем его доля в воздухе так поднялась, что парниковый эффект пересилил охлаждение Земли за счёт отражения солнечного света льдами.

У гипотезы был серьёзный недостаток: её было очень трудно проверить. В теории большая концентрация углекислого газа в воздухе должна вести к спонтанному образованию угольной кислоты и её выпадению с водой в виде кислотных дождей. Однако ранее все попытки найти прямые химические следы таких дождей были безуспешны. Дело в том, что они шли, когда планета была полностью покрыта льдом и добраться до горных пород было очень сложно.