Prieš maždaug 650 milijonų metų mūsų planeta galėjo atrodyti taip, lyg joje nebeliko vietos gyvybei. Didžiuliai ledynai, užšalę vandenynai, beveik visa paviršių kaustanti balta danga ir sąlygos, kurios šiandien skambėtų kaip pasaulio pabaigos scenarijus.
Mokslininkai šį laikotarpį vadina „Žeme-sniego gniūžte“.
Tai buvo vienas ekstremaliausių klimato epizodų per visą planetos istoriją. Manoma, kad tuo metu ledas dengė beveik visą Žemės paviršių, o atviro skysto vandens galėjo likti labai mažai.
Ilgą laiką mokslininkai bandė suprasti, kaip planeta apskritai galėjo taip smarkiai atšalti. Juk Žemė turėjo atmosferą, vandenynus ir Saulę, kuri ją šildė. Tačiau naujas italų astronomų ir klimatologų tyrimas rodo, kad keli veiksniai tuo metu galėjo susidėti į pavojingą grandininę reakciją.
Ir ši reakcija vos nepavertė Žemės negyvu ledo pasauliu.
Laikotarpis, kai planeta pasikeitė neatpažįstamai
Vėlyvasis proterozojus, trukęs maždaug nuo vieno milijardo iki 541 milijono metų prieš mūsų laikus, buvo viena dramatiškiausių epochų Žemės istorijoje. Tuo metu vyko milžiniški geologiniai pokyčiai, iro superkontinentas Rodinija, o planetoje pamažu atsirado sudėtingesni daugialąsčiai organizmai.
Tačiau kartu tai buvo ir klimato kataklizmų metas.
Būtent šiuo laikotarpiu Žemė patyrė kelis globalius apledėjimus. Vienas didžiausių, kaip manoma, tęsėsi maždaug nuo 650 iki 635 milijonų metų prieš mūsų laikus. Pagal „Žemės-sniego gniūžtės“ hipotezę, ledynai tuomet galėjo dengti beveik visą planetą – nuo polių iki tropikų.
Tai reiškia, kad Žemė galėjo būti įkalinta lede taip stipriai, kad iš kosmoso atrodė ne mėlyna, o beveik visiškai balta.
Mokslininkai bandė atkurti senovinį katastrofos receptą
Norėdami suprasti, kaip planeta galėjo atsidurti tokioje būsenoje, tyrėjai atkūrė to meto klimato sąlygas kompiuteriniais modeliais. Jie analizavo kelis veiksnius vienu metu: Saulės ryškumą, anglies dioksido kiekį atmosferoje, žemynų išsidėstymą ir planetos paviršiaus gebėjimą atspindėti Saulės šviesą.
Būtent šių veiksnių derinys pasirodė esąs pavojingiausias.
Vėlyvajame proterozojuje didžioji sausumos dalis buvo susijungusi į superkontinentą Rodiniją. Didelė jo dalis buvo tropinėse platumose, kur Saulės spinduliuotė paprastai būna labai intensyvi. Iš pirmo žvilgsnio tai turėjo padėti planetai išlikti šiltesnei.
Tačiau buvo viena problema.
Tuometinė Saulė švietė maždaug 5 procentais silpniau nei dabar. Tai gali skambėti kaip nedidelis skirtumas, tačiau visos planetos klimatui tai buvo labai svarbu.
Dar viena itin svarbi detalė – tuo metu sausuma dar nebuvo padengta augmenija. Nebuvo miškų, pievų ar žalių plotų, kurie šiandien sugeria didelę dalį Saulės energijos. Vietoje to paviršių daugiausia sudarė plikos uolienos, granitas, smėlis ir kiti šviesą atspindintys plotai.
Pavojingiausia grandininė reakcija prasidėjo nuo šviesos atspindžio
Vienas pagrindinių tyrimo akcentų – albedas. Tai yra paviršiaus gebėjimas atspindėti Saulės šviesą.
Kuo paviršius šviesesnis, tuo daugiau energijos jis atspindi atgal į kosmosą. Ledas šiuo atžvilgiu yra ypač pavojingas klimato sistemai, nes gali atspindėti iki 90 procentų krintančios šviesos.
Čia ir prasideda pavojinga grandinė.
Jei planeta šiek tiek atvėsta, susidaro daugiau ledo. Kai ledo padaugėja, Žemė atspindi dar daugiau Saulės šviesos. Dėl to ji dar labiau atvėsta. Tada ledo susidaro dar daugiau.
Tai tarsi klimato spąstai, iš kurių ištrūkti tampa labai sunku.
Mokslininkų modeliai parodė, kad silpnesnės Saulės ir didelės Rodinijos paviršiaus atspindėjimo galios derinio galėjo pakakti, kad prasidėtų globalus apledėjimas.
Ir tai galėjo įvykti net tada, kai atmosferoje anglies dioksido koncentracija siekė iki 1000 dalių milijonui.
Palyginimui, šiandien anglies dioksido koncentracija atmosferoje yra apie 428 dalis milijonui.
Kodėl tuometinė Žemė buvo tokia pažeidžiama?
Vienas įdomiausių tyrimo rezultatų susijęs su žemynų išsidėstymu. Mokslininkai nustatė, kad jei vėlyvojo proterozojaus žemynai būtų buvę išsidėstę taip, kaip šiandien, globalus apledėjimas būtų buvęs daug mažiau tikėtinas.
Tokiu atveju „Žemė-sniego gniūžtė“ būtų galėjusi susiformuoti tik tada, jei anglies dioksido koncentracija nukristų žemiau 400 dalių milijonui.
Tai reiškia, kad planetos išvaizda žemėlapyje turėjo milžinišką reikšmę klimatui.
Rodinijos padėtis, silpnesnė Saulė, plikos uolos ir didelis paviršiaus atspindėjimas kartu sukūrė itin pavojingas sąlygas. Žemė buvo tarsi ant ribos, o nedidelis postūmis galėjo paleisti visą užšalimo mechanizmą.
Augalų nebuvimas galėjo būti viena didžiausių problemų
Tyrėjai ypač pabrėžia augmenijos nebuvimą. Šiandien žali augalai sugeria daug Saulės šviesos, dalyvauja vandens apytakoje, veikia atmosferos drėgmę ir prisideda prie klimato reguliavimo.
Tačiau prieš 650 milijonų metų sausumoje dar nebuvo tokios augalijos, kokią matome dabar.
Plikos uolienos ir šviesūs paviršiai atspindėjo daugiau Saulės energijos, todėl planeta lengviau vėso. Kai vėliau Žemėje atsirado augmenija, paviršiaus albedas sumažėjo. Kitaip tariant, planeta pradėjo sugerti daugiau šilumos.
Mokslininkai teigia, kad jau esant maždaug 15 procentų albedui „Žemės-sniego gniūžtės“ scenarijus būtų tapęs praktiškai neįmanomas esant tokiems anglies dioksido lygiams, kurie buvo būdingi vėlyvajam proterozojui.
Tai leidžia manyti, kad augalų atsiradimas galėjo turėti daug didesnę reikšmę nei vien gyvybės įvairovės didėjimas. Augmenija galėjo tapti vienu iš veiksnių, padėjusių stabilizuoti visos planetos klimatą.
Kodėl šiandien toks scenarijus beveik neįmanomas?
Nors mintis apie visą Žemę dengiantį ledą skamba bauginančiai, mokslininkai pabrėžia, kad šiandien tokio scenarijaus tikimybė yra itin maža.
Pirmiausia, Saulė dabar yra ryškesnė nei prieš šimtus milijonų metų. Tai reiškia, kad Žemė gauna daugiau energijos.
Antra, planetos paviršius šiandien visiškai kitoks. Sausumoje yra augmenija, miškai, dirvožemis ir ekosistemos, kurios sugeria daugiau šviesos nei plikos uolienos.
Trečia, šiuolaikinis žemynų išsidėstymas nėra toks palankus globaliam apledėjimui, kaip buvo Rodinijos laikais.
Todėl nors Žemė ir toliau patiria klimato svyravimus, pakartoti senovinę „sniego gniūžtės“ katastrofą dabartinėmis sąlygomis būtų labai sunku.
Augalai galėjo išgelbėti planetą nuo naujų ledo katastrofų
Tyrimo autoriai pabrėžia, kad augalai klimatą veikia ne tik per šviesos sugėrimą. Jie dalyvauja vandens apytakoje, garina vandenį, didina vandens garų kiekį atmosferoje, o vandens garai yra stipri šiltnamio efektą sukelianti medžiaga.
Tai reiškia, kad augmenija galėjo padėti ne tik sugerti daugiau Saulės šilumos, bet ir palaikyti šiltesnę bei stabilesnę atmosferą.
Tokiu būdu gyvybė ir klimatas Žemėje pasirodo esantys daug glaudžiau susiję, nei gali atrodyti iš pirmo žvilgsnio. Gyvybė ne tik prisitaiko prie planetos sąlygų – ji pati gali keisti planetos likimą.
Žemė kadaise stovėjo ant visiško užšalimo ribos
Šis tyrimas dar kartą primena, kokia trapi gali būti planetos klimato pusiausvyra. Prieš 650 milijonų metų pakako kitokio žemynų išsidėstymo, silpnesnės Saulės, plikos sausumos ir stipraus šviesos atspindėjimo, kad Žemė beveik visa atsidurtų po ledu.
Tai buvo pasaulis, kuriame vandenynai galėjo būti užrakinti po ledo danga, sausuma buvo sustingusi, o gyvybė turėjo išgyventi vienomis ekstremaliausių sąlygų per visą planetos istoriją.
Tačiau būtent iš tokių katastrofų Žemė galiausiai išėjo.
Vėliau atsiradusi augmenija, ryškėjanti Saulė ir pasikeitęs planetos paviršius padėjo sumažinti tikimybę, kad tokia globali ledo katastrofa pasikartos.
Todėl „Žemės-sniego gniūžtės“ istorija yra ne tik pasakojimas apie senovinį šaltį.
Tai įspėjimas, kaip greitai planetos klimatas gali pasikeisti, kai keli veiksniai susideda vienu metu.
Ir kartu priminimas, kad gyvybė Žemėje ne tik išgyveno ekstremaliausias krizes, bet ilgainiui pati padėjo paversti planetą stabilesne vieta.
