RW Space

Что стало причиной крупнейшего оледенения в истории Земли, известного как «Земля — снежок»? Геологи и ученые-климатологи в течение многих лет искали ответ, но истинная причина этого явления оставалась неуловимой для них. Ответ нашли исследователи Гарвардского университета, которые выдвинули новую гипотезу о том, что вызвало стремительное оледенение, которое в буквальном смысле заковало Землю во льды от полюса до полюса. Исследование было опубликовано в издании Geophysical Research Letters.

Исследователям удалось определить начало того, что известно как Стерийское оледенение (Sturtian glaciation), которое произошло на Земле около 717 миллионов лет назад (плюс минус несколько сотен тысяч лет). Считается, что примерно в это же время огромное вулканическое извержение опустошило район площадью от современной Аляски до Гренландии. Профессор Гарварда Фрэнсис Макдональд и Робин Вордсворт заявили, что подобное совпадение вовсе не случайность.

«Мы знаем, что вулканическая активность может оказать серьезное влияние на окружающую среду, поэтому вопрос был в том, как связаны эти два события», — сообщил Макдональд, доцент естественных наук.

Ученый обратился к программам, которые моделируют климат экзопланет и задался вопросом: способны ли выбросы из подобных вулканов настолько быстро охладить Землю?

Профессор пришел к выводу, что это возможно: «Для нас не удивительно, что происходит извержение обширных вулканических провинций», — сказал Вордсворт, доцент по экологическим наукам и технике в Гарвардской школе инженеров и прикладных наук имени Джона А. Полсона. «Эти типы извержений случаются снова и снова в течение геологических этапов, но они не всегда связаны с охлаждением планеты. Именно это и вызвало вопросы — что сделало это событие иным».

Геологические и химические исследования этого региона, известного как большая магматическая провинция Франклина, показали, что вулканические породы вырывались через осадки, богатые серой, которые были вытолкнуты в атмосферу во время извержения в виде двуокиси серы.

Когда диоксид серы попадает в верхние слои атмосферы, он очень хорошо блокирует солнечное излучение. Извержение вулкана Пинатубо в 1991 году на Филиппинах привело к выбросу в воздух около 10 миллионов тонн серы, что в течение года снизило глобальную температуру Земли примерно на 1 градус по Фаренгейту.

Считается, что двуокись серы наиболее эффективно блокирует солнечную радиацию, если она преодолевает тропопаузу — границу, разделяющую тропосферу и стратосферу. Если она достигает этой высоты, вероятность возвращения на Землю в виде осадков минимальна, и она смешивается с другими частицами, расширяя свое присутствие в атмосфере примерно от недели до года.

Другим важным аспектом является то, что выбросы двуокиси серы достигают стратосферы. Из-за континентального дрейфа, 717 миллионов лет назад, большая магматическая провинция Франклина, где происходили эти извержения, располагалась около экватора, точки входа для большей части солнечного излучения, которое удерживает тепло на Земле.

Таким образом, согласно новой концепции, эффективный светоотражающий газ попал в атмосферу в нужном месте и высоте, чтобы вызвать охлаждение. Но для создания идеального штормового сценария нужен был еще один элемент. В конце концов, извержение Пинатубо имело сходные качества, но его охлаждающий эффект продолжался около года.

Извержения, выбрасывающие серу в воздух 717 миллионов лет назад, не были разовыми взрывами одиночных вулканов, таких как Пинатубо. Рассматриваемые вулканы охватывали почти 3500 километров по всей Канаде и Гренландии. Вместо исключительно взрывных извержений эти вулканы могут извергаться практически непрерывно, как на Гавайях и в Исландии сегодня.

Исследователи продемонстрировали, что около десяти лет постоянных извержений вулканов этого типа могли бы влить достаточно аэрозолей в атмосферу для того, чтобы быстро дестабилизировать климат.

«Охлаждения от аэрозолей вовсе не является необходимым условием для заморозки планеты, просто нужно довести лед до критической отметки распространенности. Тогда лед сам сделает все остальное», — сообщил Макдональд.

То есть, чем больше льда, тем больше солнечного света отражается, тем холоднее становится планета. Как только лед достигнет широты  современной Калифорнии, цикл положительной обратной связи возьмет верх и эффект снежного кома в значительной степени можно считать необратимым.

«Легко думать о климате как о такой необъятной системе, которую очень трудно изменить и во многом это правда. Но в прошлом произошли очень серьезные изменения, и есть все шансы, что внезапное изменение может произойти и в будущем», — сказал Вордсворт.

«Это исследование показывает, что нам нужно уйти от простой парадигмы экзопланет предполагая стабильные условия равновесия и обитаемые зоны. Мы знаем, что Земля — это динамичное и активное место с резкими переходами. Есть все основания полагать, что быстрые климатические переходы такого типа являются скорее нормой на планетах, нежели исключением».