Согласно мнению большинства геофизиков, около 700 миллионов лет назад поверхность Земли оказалась полностью покрыта ледяным покровом. Этот этап в истории планеты получил неофициальное название «Земля-снежок» . Несмотря на существование альтернативных гипотез, в данной статье рассматриваются последствия именно этого сценария. С точки зрения логики, столь масштабное оледенение должно было привести к угасанию биологических процессов. Однако, как показывают современные исследования, в морских экосистемах формировались предпосылки к значительному биологическому прогрессу.
В частности, новое исследование группы австралийских учёных, опубликованное в научном журнале Geology, проливает свет на этот процесс. Согласно выводам авторов, массивные ледниковые образования, продвигаясь по поверхности суши, разрушали горные породы, в результате чего происходило высвобождение различных химических элементов. Эти вещества, попадая вместе с талой водой в океан, становились основой для формирования питательной среды, благоприятной для развития микроскопических организмов, а также более сложных многоклеточных форм жизни. Подробности этого механизма раскрываются далее.
О чем свидетельствуют геологические данные
В позднем протерозойском эоне имели место два значительных периода оледенения: стертское и мариноанское. После завершения мариноанского оледенения планета вступила в фазу потепления, которая, как считается, предшествовала Кембрийскому взрыву — периоду резкого увеличения биологического разнообразия. Геохронолог Крис Киркланд из Университета Кертина (Австралия), совместно с коллегами, провёл анализ геологических данных, чтобы определить, какое влияние оказали ледниковые процессы позднего протерозоя на условия обитания и развитие жизни на Земле.
В рамках исследования были проанализированы образцы, извлечённые из Далрадианского суперкомплекса, расположенного на территории современных Шотландии и Ирландии. Эта геологическая структура включает осадочные и вулканогенные породы, сформировавшиеся в интервале 540–800 млн лет назад на древнем материке Лаврентия. В указанный период регион находился под ледниковым покровом.Ключ к разгадке — циркон
Учёные сосредоточили внимание на песчаниках, содержащих зерна циркона (ZrSiO₄) — минерала, устойчивого к физическому и химическому воздействию. Циркон способен включать уран, который со временем радиоактивно распадается до свинца с известной скоростью. Это свойство делает его особенно ценным для уран-свинцовой датировки , позволяющей точно определить возраст горных пород.Сотрудники проекта измельчили значительное количество образцов песчаника с целью выделения зерен циркона. Полученные материалы были подвергнуты электронной микроскопии и масс-спектрометрическому анализу. Измерив соотношение урана и свинца, исследователи определили возраст кристаллов, присутствующих в различных стратиграфических слоях. Эти данные легли в основу модели, описывающей процессы выветривания и накопления осадков в позднем протерозое.
По результатам анализа, авторы пришли к выводу, что во время глобальных оледенений происходила интенсивная эрозия древних горных пород. Двигающиеся ледники механически разрушали поверхность континентов, обнажая глубинные минеральные слои. В последующий период таяния, потоки воды переносили минеральные соединения в океаны, где они, вероятно, создавали химически насыщенную среду, способствующую биологической продуктивности.
Ранее предполагалось , что обогащение океанов минеральными веществами в позднем протерозое происходило преимущественно за счёт повышения концентрации кислорода в атмосфере. Согласно этой гипотезе, массовое фотосинтезирующее действие цианобактерий приводило к накоплению кислорода, что, в свою очередь, изменяло состав воздуха и морской воды. Кислород вступал в реакцию с различными элементами, формируя нерастворимые соединения, оседавшие на морском дне и становившиеся источником питательных веществ для первичной биоты.
Однако новое исследование указывает на более комплексный характер происходивших изменений. Наряду с окислительными процессами значительную роль сыграло поступление большого объёма химических соединений с континентальной суши. Это говорит о том, что тектонические, атмосферные и гидросферные процессы развивались параллельно, оказывая взаимное влияние. Возникает закономерный вопрос: какое воздействие эти преобразования оказали на биосферу?
Начало эволюционного подъема
Минеральные вещества проникали в океан, включая его глубинные и бедные элементами слои, создавая условия, благоприятные для развития микробных экосистем. С окончанием криогенного периода, также известного как "Земля-снежок", микроорганизмы усложнились, положив начало формированию первых многоклеточных организмов, появившихся в эдиакарский период.Существует и альтернативная точка зрения на причины так называемого Кембрийского взрыва — быстрого разнообразия форм жизни в начале фанерозоя. «Каждое радикальное изменение окружающей среды способно запустить ускоренные эволюционные процессы», — поясняет исследователь Крис Кемпес. По его мнению, снижение температур и освещённости в условиях глобального оледенения вынуждало организмы адаптироваться к новым условиям. Он допускает, что экстремальные климатические факторы могли оказать влияние, превосходящее по значимости поступление питательных соединений в морскую среду.
Тем не менее, Кемпес подчёркивает важность исследования, проведённого группой под руководством Киркланда, называя его «ключевым для понимания крупных эволюционных переходов в истории биосферы».
Несмотря на то, что описанные геологические события относятся к глубокой древности, исследователи находят в них аналогии с современными климатическими трансформациями. «Изучение этих циклов позволяет лучше понять закономерности климатических изменений и их влияние на биосферу в целом», — отмечают авторы. В дальнейшем Киркланд планирует сосредоточиться на анализе апатитовых минералов, содержащих кислород, фосфор и стронций. Эти соединения менее стабильны по сравнению с цирконом, что осложняет их изучение, но потенциально они могут дать дополнительную информацию о химической эволюции среды.
Результаты исследования получили одобрение и со стороны независимых специалистов. «Удивительно, что подобные процессы так долго оставались вне поля зрения научного сообщества», — отметил стратиграф Гален Халверсон из Университета Макгилла, не принимавший участия в работе. — «Они органично дополняют наше представление о криогенных периодах и сопровождающих их геохимических изменениях».
Анализ древних климатических процессов и их последствий не только раскрывает страницы ранней истории Земли, но и способствует более точному прогнозированию будущих изменений в климатической системе планеты.