Земля-снежок: учёные измерили температуру океана в ледниковый ад
Около 717 миллионов лет назад Земля полностью замёрзла. Лёд медленно расползался от полюсов к экватору, а тёмные воды под ледяным панцирем задыхались без солнечного света, необходимого для фотосинтеза. Наша планета превратилась в неузнаваемый, чужеродный мир — «Землю-снежок», где даже вода была холоднее точки замерзания.
В журнале Nature Communications исследователи впервые сообщили об измеренной температуре моря в период эпизода «снежкового» состояния: -15°C ± 7°C. Если эта цифра подтвердится, это станет самой низкой измеренной температурой моря за всю историю Земли.
Чтобы вода оставалась жидкой при такой температуре, она должна быть чрезвычайно солёной. И действительно, анализ команды учёных показывает, что в некоторых районах океана во время Стертского оледенения («снежка»), длившегося 57 миллионов лет, солёность могла быть в 4 раза выше, чем в современном океане.
«Мы говорим о солёных рассолах, — пояснил геолог Росс Митчелл из Института геологии и геофизики Китайской академии наук. — Именно это мы наблюдаем сегодня в Антарктике», — добавил он, отметив, что рассолы Земли-снежок были даже холоднее, чем -13°C солёная каша в современном антарктическом озере Вида, покрытом льдом.
Железо из прошлого
Стертское оледенение стало климатической катастрофой по принципу положительной обратной связи: лёд отражает больше солнечного света, чем земля или вода. Отражённый свет охлаждал планету, что приводило к образованию нового льда, который, в свою очередь, отражал ещё больше света — и так до тех пор, пока весь мир не оказался погребён под ледниками толщиной до километра.
Это необычное время оставило после себя необычные породы — красно-ржавые железистые формации (джеспилиты), которые накапливались там, где континентальные ледники встречались с покрытыми льдом морями. Чтобы «измерить температуру» Земли-снежок, команда разработала новый способ использования этого железа в качестве термометра.
Железистые формации формируются в воде, богатой растворённым железом. Кислород превращает легкорастворимую зелёноватую двухвалентную форму железа (Fe²⁺) в твёрдую трёхвалентную (Fe³⁺) красного цвета. Поэтому почти все подобные формации являются древними реликтами времён, предшествовавших насыщению атмосферы Земли кислородом около 2,4 миллиардов лет назад, или же периода «снежка», когда моря были запечатаны подо льдом. Будучи отрезанными от кислорода воздуха и фотосинтеза, тёмные подлёдные воды Земли-снежок были лишены кислорода (аноксичны).
Железо-56 — самый распространённый изотоп, но более лёгкий железо-54 окисляется (ржавеет) легче. Поэтому, когда железо ржавеет в океане, оставшееся растворённое железо обогащается более тяжёлым изотопом. После многих циклов ограниченного, частичного окисления — как это происходило в бескислородном архее — это обогащение растёт. Именно поэтому древние железистые формации содержат изотопно очень тяжёлое железо по сравнению с минералами, сформировавшимися после насыщения атмосферы и океанов кислородом.
Железо из периода «снежка» также очень тяжёлое, даже больше, чем из отдалённого докислородного прошлого. Исследователи поняли, что объяснением может быть температура: железосодержащие минералы, формирующиеся в холодной воде, оказываются изотопно тяжелее. Мы не знаем точно, насколько жарко было, когда формировались древние архейские джеспилиты, но, вероятно, теплее, чем во время «снежка», когда ледники достигали экватора. Используя предыдущую оценку температуры архейского моря в 25°C, команда рассчитала, что воды, сформировавшие железистые формации периода «снежка», были примерно на 40°C холоднее.
«Это очень интересный, новый способ получить нечто иное из данных об изотопах железа», — отметил геохимик Энди Хёрд из Океанографического института Вудс-Хоул, не участвовавший в исследовании. «Забавная, обратная ситуация: вы используете ещё более древние породы в качестве базиса для понимания чего-то, сформировавшегося 700 миллионов лет назад».
Отчасти из-за этой парадоксальной ситуации Хёрд считает, что исследование лучше всего интерпретировать качественно — как убедительное доказательство того, что морская вода была действительно очень холодной, но не обязательно что её температура была ровно -15°C.
Команда также проанализировала изотопы стронция и бария, чтобы определить, что солёность океана Земли-снежок могла в 4 раза превышать современную. Йохен Брокс из Австралийского национального университета, не участвовавший в исследовании, сказал, что результаты совпадают с его собственным анализом солёности осадков того периода из Австралии, выполненным другим методом. Те породы образовались в рассоле, который, по мнению Брокса, был достаточно солёным, чтобы достичь -7°C до замерзания. То, что другая группа пришла к схожему выводу, используя иные методы, делает этот экстремальный сценарий гораздо более правдоподобным.
«Было очень здорово получить дополнительное подтверждение, что там было действительно очень, очень холодно», — заключил он.
Эти открытия кардинально меняют представления о пределах жизни и устойчивости планетарных систем. Столь экстремальные условия — температура ниже -20°C в сочетании с гиперсолёностью — создавали ниши для выживания лишь для чрезвычайно специализированных экстремофильных микроорганизмов. Новые данные заставляют пересмотреть модели глобального климата, демонстрируя, насколько далеко может зайти «положительная обратная связь» охлаждения.
Более того, понимание механизмов выхода из состояния «снежка» (вероятно, связанного с накоплением вулканических парниковых газов подо льдом) становится ключевым не только для палеоклиматологии, но и для оценки устойчивости обитаемых миров за пределами Солнечной системы. Земля-снежок была не просто ледяной пустыней — она стала гигантской природной лабораторией, испытавшей на прочность саму идею обитаемой планеты.
