Чому Земля перетворилася на «сніжну кулю» майже на 100 мільйонів років

Як ми дізналися, що Земля майже повністю замерзла

Сліди льодовиків у «неправильних» місцях

Льодовики під час руху залишають характерні сліди:

• переносять каміння й гальку на великі відстані — утворюються тиліти;
• дрібне та крупне каміння, що падало з льоду у воду, утворює округлі валуни в морських відкладах — дропстоуни;
• на породах лишаються льодовикові подряпини й борозни — «штриховка», що показує напрям руху льодовика;
• у льодовикових озерах накопичуються варви — пошаровані відклади, які формуються сезон за сезоном під час танення льоду.

Проблема (і водночас підказка) в тому, що такі льодовикові відкладення знайшли:

• в Австралії, Намібії, Сибіру, Китаї;
• на Шпіцбергені, у Гренландії — у породах віком ~650–700 млн років; і аналіз показав: на момент їх утворення ці території були біля екватора.

Отже, льодовики існували не лише на полюсах, а й у тропічних широтах. Це перший сильний аргумент на користь глобального зледеніння.

Палеомагнетизм: мінерали як «архівні компаси»

Мінерали з вмістом заліза (магнетит, гематит) під час утворення орієнтуються за магнітним полем Землі, як крихітні компаси. Коли порода охолоджується або хімічно «застиє», ця орієнтація фіксується — це реманентна намагніченість.

Наука палеомагнетизм дозволяє:

• відновити, де були магнітні полюси в минулому;
• зрозуміти, на якій широті лежав континент, коли формувалася порода;
• простежити рух материків і поєднати це з кліматом.

Саме палеомагнітні дослідження показали: породи з льодовиковими слідами, які зараз біля полюсів, у кріогенії були близько до екватора. Отже, крига дійшла туди, де сьогодні — зона тропіків.

Дивні породи: смугасті залізні руди та «карбонатні шапки»

У відкладах пізнього докембрію (передусім кріогенія) виявили ще два загадкові типи порід.

1. Смугасті залізорудні формації (banded iron formations):
   • майже зникли з геологічного літопису ~1,5 млрд років тому;
   • раптово знову з’являються ~700 млн років тому;
   • це означає, що в океанах різко зменшилася кількість кисню, а у воді накопичилося розчинене двовалентне залізо. Таке можливо, якщо океан опинився під суцільною крижаною «кришкою» і газообмін з атмосферою практично припинився.
2. Карбонатні шапки — потужні (3–30 м) шари карбонатних порід, які лежать прямо над льодовиковими відкладами по всьому світу і сформувалися майже одночасно. Логіка така:
   • під час глобального зледеніння вивітрювання порід на континентах майже зупиняється (усе під льодом);
   • коли льодовики тануть, породи активно руйнуються, у річки та океан масово потрапляють іони кальцію та магнію;
   • вони реагують з CO₂ і утворюють карбонати, які осідають потужними шарами — «шапками» над льодовиковими відкладами.

Ці геологічні маркери разом із палеомагнетизмом та слідами льоду в «тропіках» формують дуже переконливу картину: Земля була вкрита льодом майже повністю.

Скільки тривала «надзима» і скільки їх було

У кріогенії виділяють два головні епізоди глобального зледеніння:

1. Стертське зледеніння
   • початок: приблизно 717 млн років тому;
   • тривалість: близько 57 млн років;
   • вважається одним із найпотужніших льодовикових періодів в історії Землі;
   • льодовий щит, за оцінками, міг мати товщину 1–2 км, тобто співмірну з сучасною Антарктидою, але розповсюджений майже всюди.
2. Маріноанське зледеніння
   • початок: приблизно 650–640 млн років тому;
   • тривалість: орієнтовно 15 млн років;
   • інтенсивне, але коротше, ніж стертьське.

Між ними був короткий «перепочинок» — відносно теплий міжльодовиковий період. У сумі Земля залишалася в режимі радикального холоду майже 100 мільйонів років.

Що запустило глобальне зледеніння

Це не була одна причина — це був збіг кількох потужних факторів, які зламали кліматичну рівновагу.

1. Суперконтинент Родинія та розпад материків

У кріогенії на Землі існував суперконтинент Родинія, оточений океаном Міровія. Близько 800 млн років тому почався його розпад:

• виникали рифти, розтягувалася й тріскалася літосфера;
• на поверхню виходили гігантські об’єми базальтів (вулканічних порід).

Базальт — «пожирач» CO₂: під час вивітрювання він активно зв’язує вуглекислий газ і перетворює його на стабільні мінерали.

Особливо небезпечно, що Родинія перетинала екватор, а в теплих і вологих умовах хімічне вивітрювання йде дуже швидко. У результаті:

• базальти забирали CO₂ з атмосфери швидше, ніж вулкани встигали його викидати;
• концентрація парникових газів падала;
• планета починала охолоджуватися.

2. Гігантські вулканічні провінції та сірка в атмосфері

На початку «Землі-Сніжки» відбулося гігантське виверження, залишком якого є велика магматична провінція Франкліна (Канада, Північна Гренландія). Це виверження:

• викинуло величезні маси базальтів → ще більше вивітрювання й поглинання CO₂;
• принесло в атмосферу багато сірки, яка утворює аерозолі й підвищує альбедо (відбивну здатність) Землі — більше сонячного світла відбивається в космос, планета охолоджується.

Зазвичай ефект сірчаних аерозолів після виверження триває роки, максимум десятиліття. Але тут масштаб був настільки великий і процес — настільки затяжний, що він став частиною довготривалого кліматичного зламу.

3. Слабше Сонце

У кріогенії Сонце світило приблизно на 6–7 % слабше, ніж сьогодні. Для клімату це величезна різниця. Щоб за таких умов планета не замерзла, CO₂ в атмосфері мало б бути більше, ніж у «нормальні» епохи. Натомість через розпад Родинії та вивітрювання базальтів CO₂ стало менше.

4. Порочне коло льоду й відбитого світла

Коли льодові шапки зростають, альбедо планети збільшується:

• більше льоду → більше відбитого сонячного світла → ще більше охолодження → ще більше льоду.

Розрахунки показують:

• коли льодовики доходять до широт близько 30° (сьогодні це, наприклад, широта Каїра),
• подальше просування до екватора стає майже неминучим.

Саме це й сталося: лід охопив майже всю поверхню планети.

Як життя вижило під кілометрами льоду

На той час на Землі вже понад мільярд років існувало життя:

• одноклітинні організми,
• ціанобактерії,
• примітивні багатоклітинні (на кшталт губок).

Здавалося б, суцільний лід і морози до −130 °C на полюсах мали б усе знищити. Але:

1. Океан не промерз до дна Під кригою залишався рідкий океан, хоч і темний, холодний та з малим вмістом кисню. Там могли жити:
   • бактерії,
   • хемолітотрофи, які отримують енергію не від сонця, а від хімічних речовин біля гідротермальних джерел на дні океану.
2. Рефугіуми — «кишені» життя Життя могло концентруватися в особливих зонах:
   • під тоншим льодом або в тріщинах, де хоч трохи проходило світло;
   • біля підлідних вулканічних районів;
   • у кріоконітових ямах — темних плямах із пилу, сажі, частинок порід і мікроорганізмів, які сильніше нагріваються на поверхні льоду й утворюють маленькі калюжки талої води. Це своєрідні «оази» на крижаній планеті.
3. Масового вимирання не видно В геологічних відкладах не зафіксовано чіткої хвилі глобального вимирання, пов’язаної саме з кріогенієм. Частково тому, що тодішні організми:
   • були дуже дрібними;
   • мали м’які тіла, які погано зберігаються як скам’янілості.

Але факт у тому, що життя не зникло — навпаки, після кріогенія відбувся новий сплеск розвитку.

Як Земля вийшла з «режиму Сніжки»

Лід вкрив поверхню, але не міг зупинити тектоніку плит. Вулкани продовжували працювати:

• викидали CO₂ в атмосферу;
• а поглинути його було нікому — континенти заховані під льодом, вивітрювання майже немає.

В результаті:

• протягом мільйонів років CO₂ накопичувався;
• парниковий ефект зростав;
• зрештою температура піднялася настільки, що льодовики почали танути.

Це був не швидкий процес:

• для виходу з першого (стертьського) зледеніння потрібно було десятки мільйонів років;
• друге (маріноанське) завершилося швидше, приблизно за 15 млн років.

Після танення льоду:

• активізувалося вивітрювання порід;
• в океан масово пішли іони кальцію та магнію → утворилися описані вище карбонатні шапки;
• океани наситилися киснем;
• умови для життя стали значно сприятливішими.

Що було далі: вибух різноманіття

Після завершення кріогенія настав Едіакарій — епоха, коли:

• з’являється багато нових багатоклітинних організмів;
• формуються дивні м’якотілі істоти (вендобіонти), як-от Дікінсонія, які важко віднести до знайомих нам царств (тварини/гриби тощо);
• поступово з’являються перші твердотілі організми з «бронею» — скелетами й панцирами, що різко збільшує кількість скам’янілостей.

Грубо кажучи, Земля-Сніжка стала «жорстким фільтром», який вичистив слабкі комбінації й залишив найбільш стійкі форми життя. А вже після цього, в кембрії, стався знаменитий «кембрійський вибух» різноманіття тваринних форм.

Висновок

Земля замерзла майже повністю не через одну «аномалію», а через поєднання кількох потужних процесів:

• розпад суперконтиненту Родинія;
• масове вивітрювання базальтів і поглинання CO₂;
• гігантські вулканічні виверження із сірчаними аерозолями;
• слабше, ніж сьогодні, Сонце;
• і запущене цим всім «сніжне» позитивне зворотне коло — більше льоду → більше відбитого світла → ще більше льоду.

Попри це, життя не лише вижило, а й у підсумку вийшло з цієї крижаної пастки більш різноманітним і складним. Історія «Землі-Сніжки» нагадує:

• нічого стабільного в кліматі й геології немає;
• але сама життєва система надзвичайно стійка.

Якщо потрібно, можу зробити коротку версію цього матеріалу для шкільного конспекта або окремий блок — «10 фактів про Землю-Сніжку» в більш простій формі.