Роберт Хейзен - История Земли. От звездной пыли – к живой планете. Первые 4 500 000 000 лет

Для многих читателей статьи Хоффмана 1998 г. неопровержимым доказательством внезапного и катастрофического изменения климата Земли послужили изотопы углерода. Миллионы лет до предположительного первого ледникового периода – т. е. более чем 740 млн лет назад – стремительный рост водорослевой биомассы способствовал накоплению легких изотопов углерода. Известняки, сформировавшиеся в это время в прибрежных водах вокруг распадавшейся Родинии, отличались наличием тяжелого углерода. Но если рост микроорганизмов замедляется или прекращается, в известняке должны появиться легкие изотопы углерода. Именно это и обнаружил Хоффман с коллегами: снижение доли тяжелого углерода более чем на 1 % непосредственно перед и сразу после появления ледниковых отложений около 700 млн лет назад.

На основе этого и была построена теория о том, что циклы положительной обратной связи обусловили все большее и большее похолодание на планете. Один из таких циклов зависел от континентального выветривания – процесса, характерного для теплых и влажных тропических зон, когда атмосфера теряет все больше и больше СО2. Другая обратная связь возникла, когда массовое произрастание водорослей забрало еще больше углекислого газа из воздуха. Пока парниковый эффект на планете ослаблялся и атмосфера охлаждалась, на полюсах начали формироваться и расти ледники. Эти белые ледяные покровы отражали солнечные лучи, создавая положительную обратную связь, в результате чего Земля охлаждалась все быстрее. По мере того как ледяной покров распространялся на более низкие широты, пока еще теплый экваториальный континент и плодородные водорослевые экосистемы продолжали поглощать углекислый газ из атмосферы во все большем количестве. Постепенно рушился климатический баланс планеты, достигнув критической точки, когда ледники с обоих полюсов придвинулись вплотную к экватору, угрожая полностью покрыть Землю льдом. Согласно самому неблагоприятному сценарию, выдвинутому Полом Хоффманом и его коллегами, Земля превратилась в сплошной «снежный ком», т. е. средняя температура на планете опустилась до -45 °C, а ледяной покров вырос до 1,5 км толщиной, полностью накрыв планету.

В течение миллионов лет Земля была покрыта льдом (или в лучшем случае снежной слякотью). Планета – «снежный ком» не могла поглощать солнечные лучи и, казалось, была обречена навеки остаться в ледяном коконе, поскольку температура постоянно сохранялась ниже нуля. Глобальное оледенение остановило развитие почти всех экосистем. Когда-то обильная микроорганизмами жизнь оказалась на грани полного исчезновения. Держались только самые выносливые и закаленные бактерии, которым удавалось выживать в течение миллиардов лет в абсолютной темноте на дне Мирового океана благодаря гидротермальным источникам. Другие островки жизни состояли из фотосинтезирующих водорослей, прижившихся в доступных солнечным лучам мелководных пространствах открытой воды, покрытой битым льдом, вблизи вулканических зон.

Как вообще удалось оправиться планете после глобальной, долгой и холодной зимы? Ответ следует искать в глубоких неумолимых процессах. Белоснежный ледяной панцирь не мог состязаться с глобальным движением тектонических плит; не мог он и противостоять бесконечным выбросам вулканических газов из сотен черных кратеров, выступавших над поверхностью льда. Двуокись углерода, основной вулканический газ, вновь начал заполнять атмосферу. Поскольку Земля была окутана ледяным покровом, процесс поглощения углекислого газа в ходе выветривания горных пород и фотосинтеза почти прекратился. Объем углекислого газа постепенно возрос до величин, невиданных уже более миллиарда лет, в несколько сотен раз превысив современный уровень CO2 в атмосфере, запустив новый цикл положительной обратной связи – пропавший было парниковый эффект. Солнечные лучи все еще рассеивались, отражаясь от ледяного покрова, но углекислый газ в атмосфере отбрасывал солнечную энергию обратно к поверхности, неуклонно нагревая планету.

Прогревание атмосферы вызвало таяние льда в экваториальной зоне впервые за много миллионов лет. Обнажившаяся темная почва поглощала солнечные лучи, тем самым ускоряя прогревание. По мере усиления положительной обратной связи между Солнцем и поверхностью Земли океаны также начали освобождаться от ледяного покрова. Земля становилась все теплее и теплее.

Многие ученые в настоящее время полагают, что существует еще одна положительная обратная связь – механизм, и в наши дни играющий важную роль, который мог усугубить процесс стремительного потепления. Метан, простейшее углеводородное топливо, которое мы используем в домах в качестве бытового газа, является также и парниковым газом, причем таким, который гораздо эффективнее, чем углекислый газ, запирает солнечную энергию на Земле. Миллиарды лет метан накапливался в отложениях на дне океана, возможно, за счет двух противоположных механизмов. Первый достаточно хорошо изучен и потому не вызывает возражений, он представляет собой естественный метаболизм микроорганизмов, в ходе которого высвобождается метан. Эти производители метана благоденствуют в бескислородной среде придонных отложений, рядом с которыми и содержатся основные известные запасы метана, так что главные месторождения природного газа, как представляется, возникли в результате жизнедеятельности микроорганизмов.