Когда Земля замёрзла в первый раз?

Сидерий: Время, когда Земля замёрзла в первый раз!

Фото и иллюстрации взяты из открытых источников и принадлежат их авторам

Климат Земли катархейского и археского эонов — древняя, почти как обсуждаемый предмет, тема учёных споров. Сведения предоставляемые осадочным породами, формировавшимися более 2 миллиардов лет назад, крайне ограничены, ввиду редкости таких пород. Интерпретация же полученных данных затруднена избытком неизвестных, а значит и необходимостью большого количества допущений. С аналогичными проблемами сталкивается и математическое моделирование: результаты различаются постольку, поскольку не точно известны вводные.

Как следствие, долгое время между собой боролись два представления о молодой Земле, — как о морозном мире с тонкой атмосферой, и как о мире окутанном клубами жаркого пара. «Холодная» модель, однако, плохо гармонировала со светимостью Солнца, в тем времена на 30% меньшей. А также с тем фактом, что жизнь на планете возникла около 4 миллиардов лет назад, а значит, существовали уже в то время и условия для неё… Но пора уже переходить к главному. В настоящий момент, изощрённые изотопные исследования, всё-таки, подтвердили «горячий» сценарий. Температура на архейской Земле была примерно на 30 градусов выше современного уровня. И это мелочь ещё, — на Марсе той эпохи, так на целых 100 градусов выше. Земная же атмосфера в начале времён была вдвое плотнее.

Слабость внешнего источника обогрева планета возмещала в начале своей истории за счёт внутреннего ресурса. В архее ещё продолжались дифференциация недр, ведущая к выделению большого количества тепла. Больше было в породах и радиоактивного калия, распад которого в то время давал очень существенный вклад в температурный баланс. Атмосферу подогревали реки и даже озёра лавы. Тепло же атмосфера отдавала неохотно. Сказывался мощный парниковый эффект, создаваемый метаном, сероводородом, углекислотой. И даже водородом, который в атмосфере в начале архея ещё оставался.

Но это — архейский эон. Речь же, всё-таки, о протерозое, сидерии. Ещё три миллиарда лет назад — в среднем архее — ситуация на Земле начала меняться. Интенсивность вулканизма, а значит нагрева и подачи в атмосферу свежих газов, стала снижаться. Начала падать и плотность атмосферы. Ибо по планете разливались всё более полноводные моря, а углекислота растворяется в воде. Более того, вступая в реакции с породами морского дна, углекислота минерализуется, образуя карбонаты. Как правило, этот процесс не берётся в расчёт, так как, расплавляясь в зонах субдукции, океаническая кора возвращает углерод в атмосферу. Но — только океаническая. В архее начали быстро расти острова лёгких осадочных пород — континенты. Попадая же в состав континентальной коры, углекислота изымалась из оборота.

Фото и иллюстрации взяты из открытых источников и принадлежат их авторам

Континенты высасывали углекислый газ из атмосферы, а скоро к этому процессу, внося вклад всё больший, подключились и живые организмы. Бактерии же, в то время ещё водорододышащие, начали охоту и за лёгкими газами. На состав атмосферы постепенно оказывал влияние и выделяющихся фотосинтезирующими организмами кислород. Сначала он оставался в воде, расходуясь на окисление горных пород, а затем начал проникать и в атмосферу, реагируя с метаном и сероводородом.

То есть, к началу протерозойского эона — 2.5 миллиарда лет назад — свободного кислорода ещё не было, не считая некий динамический остаток — молекулы, не успевшие выбрать, с чем им соединиться. Кислорода не было, но проблемы уже начались. Парниковый эффект и приток сейсмического тепла быстро убывали, — даже Луна, бодрившая недра приливами, уже отошла на приличное расстояние. Солнце же ещё тормозило, давая лишь 75% энергии, сравнительно с современным уровнем.

Марс, где проходили аналогичные процессы, не выдержав испытаний, к этому моменту уже окончательно высох и промёрз. Земля сопротивлялась, но также оказалась опасно близка к катастрофе. Выжигание метана давало дополнительные водяной пар и углекислоту, но пар превращался в снег, покидая атмосферу, углекислый же газ, также расходующийся быстрее, чем прибывающий (тут уже сказывалась новая беда — отсутствие эффективных редуцентов), давал меньший, сравнительно с метаном, парниковый эффект. Плюс, сероводород съели, водород сбежал, аммиак же сам разложился, перейдя в азот. Что и дало, в итоге, протерозойской Земле углекисло-азотную атмосферу, подобную марсианской, но более, всё-таки, плотную. Недостаток солнечного тепла она не могла компенсировать, и климат стал быстро охлаждаться.

Фото и иллюстрации взяты из открытых источников и принадлежат их авторам

…Срываясь в штопор. Как и бывает в ледниковые периоды. Похолодание высушивает атмосферу, удаляя отражающие солнечные лучи облака, но укрывает планету снегом и льдом, которые отражают свет ещё лучше. 2.4 миллиарда лет назад в сидерии началось великое Гуронское оледенение. Континенты, — тогда, впрочем, не населённые даже бактериями, — один за другим приобретали красивый белый цвет. Плавучие льды покрыли моря, решительно продвигаясь к экватору. Всё бодро шло к самому плачевному исходу, к тому, что будет как было позже — в криогении, с его углекислым снегом и морями, кое-где промерзающими до дна… Могло быть даже и хуже, так как Солнце не торопилось вмешиваться. В криогении-то, — 700 миллионов лет назад, — хотя бы с ним не было уже проблем. Но вместо этого получилась какая-то ерунда.

В последний момент, когда до соединения снежных шапок не экваторе оставалось совсем немного, противонаправленные климатические процессы сцепились и уравновесили друг друга. Континенты почти по всей поверхности планеты промёрзли, что остановило течение рек, эрозию, накопление осадков, и замедлило минерализацию углекислоты. Температура же не упала настолько, чтобы углекислый газ заморозить. Таким образом, парниковый эффект начал расти. То есть, мог бы. Но бактерии, пользуясь оставшейся полоской открытой воды, продолжали выделять кислород и минерализовать углекислый газ. Посреди Гурона, они умудрились вызвать кислородную катастрофу, но не смутившись даже вымиранием почти 100% живущих видов, продолжили замораживать Землю уже полностью сменившимся составом.

Конфликт интересов наблюдался и в других областях. С одной стороны, оставшаяся полоса воды приводила к поступлению водяного пара в атмосферу и снегопадам, поддерживавшим низкой альбедо. В криогении не было такого. Нет воды, нет и снега. Так что, лёд на континентах быстро сублимировался, открыв солнцу скалы. В Гуронскую же эпоху Земля, действительно, была белой.

Но с другой стороны, и самой воды было меньше. Океаны ещё не были так обширны и глубоки. В криогении чудовищные ледники стекали с суши в моря, заполняя впадины до глубины 2.5 километров… Так и получалась картина из заполненных льдом бывших морей и серой, промёрзшей, пыльной марсианской суши. А в сидерии и риасии получалось иначе. Лёд или снег хотя бы на суше были везде. Но мало. Воды ещё не хватало, а значит, не хватало и льда для эпических походов в морские впадины…

В результате, взаимоисключающие тенденции заморозили конфликт на 300 миллионов лет. Превратить Землю в «снежок» Гуронское оледенение не смогло, но и не отступало долго, пока 2.1 миллиарда лет назад увеличение светимости Солнца не переломило ситуацию. Климат стал улучшаться, хотя в протерозое и оставался достаточно суровым.

Источник

Related posts