Климатологи объяснили, как астероид превратил Землю в «снежок», но не может сделать этого сейчас
Глобальное оледенение в прошлом нашей планеты сковало ее льдом на миллионы лет. Причины этого загадочного и грозного события до сих пор не вполне ясны, но новая работа предлагает неожиданный взгляд на них.
В 1960-х годах ученые получили палеомагнитные данные, которые указывали, что архипелаг Шпицберген и остров Гренландия в неопротерозойскую эру (началась миллиард лет назад и завершилась 540 миллионов лет назад) изначально находились в тропиках. Что касается ледниковых отложений этих объектов, выяснилось, что они залегают непосредственно поверх пород, сформировавшихся в теплом климате.
Приблизительно в то же время советский климатолог Михаил Будыко разработал климатическую модель энергетического баланса, объясняющую рост ледникового покрова. Согласно модели, если ледяные щиты продвигаются за пределы полярных регионов, возникает петля так называемой положительной обратной связи между ледником и альбедо. Ледник уменьшает количество поглощаемого поверхностью света, что приводит к дальнейшему понижению температуры и росту площади льда. Происходит это до тех пор, пока лед не покроет всю поверхность.
Иными словами, два этих открытия показали, что в неопротерозое должно было происходить оледенение, которое наступило очень быстро и носило масштабный характер. Чуть позже период оледенения, который начался 720 миллионов лет назад и закончился 635 миллионов лет назад, стали называть «Земля-снежок».
Тем не менее попытки объяснить, какие именно процессы запустили глобальное оледенение, до сих пор не принесли решительных результатов - несмотря на десятки гипотез от геологов, климатологов, вулканологов. Согласно одному из мнений, причиной глобального оледенения могли стать два фактора, которые обязательно должны были совпасть.
Первое - скопление континентов в экваториальной зоне, где солнечное излучение максимальное (на экваторе угол падения солнечных лучей на земную поверхность максимальный, потому там так тепло). Следовательно, и эффект обратной связи от увеличения альбедо наиболее сильный. В ту эпоху как раз существовал суперконтинент Родиния, который располагался вдоль экватора и включал в себя всю сушу.
Второй важный механизм запуска обратной связи - малая концентрация углекислого газа (CO2) в атмосфере. В последних исследованиях, об одном из них мы рассказывали, авторы предполагали, что приблизительно 720-635 миллионов лет назад, несмотря на активность вулканов, в атмосфере Земли действительно могло происходить снижение уровня углекислого газа. Это, вероятно, было вызвано «силикатным выветриванием», при котором CO2 выводится из атмосферы в океанические отложения.
Группа американских климатологов из Йельского университета и Университета Чикаго, а также их коллеги из Венского университета (Австрия) назвали еще одну причину, которая могла спровоцировать глобальное оледенение, - импактное событие, а именно удар крупного астероида. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Science Advances.
В своей работе ученые использовали сложную климатическую модель, учитывающую циркуляцию атмосферы и океана, а также образование морского льда при различных климатических условиях (разной концентрации углекислого газа в атмосфере). Эту модель исследователи применили к последствиям гипотетического удара астероида размером с Чиксулубский метеорит (считается, что из-за него вымерли динозавры 66 миллионов лет назад). Предполагается, что диаметр последнего составлял 10 километров, а образовавшийся в результате падения кратер имеет диаметр около 180 километров.
Почему за основу взяты параметры Чиксулубского метеорита? Авторы объяснили, что последствия его падения на Землю хорошо изучены. Например, известно, что это событие привело к похолоданию на нашей планете, а площадь льда увеличилась.
Климатологи «прогнали» через модель четыре климатических сценария с падением подобного астероида:
- Доиндустриального периода (150 лет назад);
- Максимум последнего оледенения (26,5-19 тысяч лет назад), тогда температура была на 6,5 градуса по Цельсию ниже, чем в наше время;
- Мелового периода (от 145 до 66 миллионов лет назад), то есть перед падением Чиксулубского метеорита;
- Неопротерозойской эпохи (от миллиарда до 542 миллионов лет назад), в период «Земли-снежок».
Выяснилось, что при двух сценариях (доиндустриальный период и меловый), когда климат был более теплым, удар крупного астероида не привел бы к глобальному оледенению. А при сценариях с более холодным климатом (максимум последнего оледенения и неопротерозой) влияние на глобальную климатическую систему было бы куда значительнее.
Процент поверхности океана, покрытый льдами через некоторые промежутки времени после падения крупного астероида. Вертикальные колонки соответствуют четырем климатическим сценариям: PI - доиндустриальный период; LGM - максимум последнего оледенения; 4×CO2 - конец мелового периода; 720 Ma (750 ppm) - 720 млн лет назад при содержании CO2 в атмосфере 750 ppm.
Так, при условии, что в неопротерозое климат был достаточно холодным, а концентрация углекислого газа в атмосфере небольшой, падение тела размером с Чиксулуб привело бы к эффекту «Земли-снежка».
Если бы такой объект упал в максимум последнего оледенения, то есть 26 тысяч лет назад, эффект «Земли-снежка» был бы не только неизбежным, но и молниеносным. Модель показала, что через 10 лет после удара поверхность Земли практически полностью покрылась бы ледяным покровом толщиной от 10 метров и стала непригодной для жизни.
Результаты исследования климатологов хотя и говорят о том, что в неопротерозое эффект «Земли-снежка» действительно мог вызвать крупный астероид, однако подтвердить их выводы сложно. Геологических доказательств того, что в ту эпоху на поверхность нашей планеты упал объект наподобие Чиксулуба, у ученых нет. За сотни миллионов лет большинство кратеров исчезает без следов из-за тектонических и эрозионных процессов.
Что касается вероятности «Земли-снежка 2.0» в современную эпоху, авторы работы успокаивают. Они объяснили, что повторение такого глобального оледенения в наши дни вряд ли случится даже после падения крупного астероида - отчасти из-за вызванного деятельностью человека потепления, которое нагревает планету.
Автор: Игорь Байдов
Ссылка на источник
В 1960-х годах ученые получили палеомагнитные данные, которые указывали, что архипелаг Шпицберген и остров Гренландия в неопротерозойскую эру (началась миллиард лет назад и завершилась 540 миллионов лет назад) изначально находились в тропиках. Что касается ледниковых отложений этих объектов, выяснилось, что они залегают непосредственно поверх пород, сформировавшихся в теплом климате.
Приблизительно в то же время советский климатолог Михаил Будыко разработал климатическую модель энергетического баланса, объясняющую рост ледникового покрова. Согласно модели, если ледяные щиты продвигаются за пределы полярных регионов, возникает петля так называемой положительной обратной связи между ледником и альбедо. Ледник уменьшает количество поглощаемого поверхностью света, что приводит к дальнейшему понижению температуры и росту площади льда. Происходит это до тех пор, пока лед не покроет всю поверхность.
Иными словами, два этих открытия показали, что в неопротерозое должно было происходить оледенение, которое наступило очень быстро и носило масштабный характер. Чуть позже период оледенения, который начался 720 миллионов лет назад и закончился 635 миллионов лет назад, стали называть «Земля-снежок».
Тем не менее попытки объяснить, какие именно процессы запустили глобальное оледенение, до сих пор не принесли решительных результатов - несмотря на десятки гипотез от геологов, климатологов, вулканологов. Согласно одному из мнений, причиной глобального оледенения могли стать два фактора, которые обязательно должны были совпасть.
Первое - скопление континентов в экваториальной зоне, где солнечное излучение максимальное (на экваторе угол падения солнечных лучей на земную поверхность максимальный, потому там так тепло). Следовательно, и эффект обратной связи от увеличения альбедо наиболее сильный. В ту эпоху как раз существовал суперконтинент Родиния, который располагался вдоль экватора и включал в себя всю сушу.
Второй важный механизм запуска обратной связи - малая концентрация углекислого газа (CO2) в атмосфере. В последних исследованиях, об одном из них мы рассказывали, авторы предполагали, что приблизительно 720-635 миллионов лет назад, несмотря на активность вулканов, в атмосфере Земли действительно могло происходить снижение уровня углекислого газа. Это, вероятно, было вызвано «силикатным выветриванием», при котором CO2 выводится из атмосферы в океанические отложения.
Группа американских климатологов из Йельского университета и Университета Чикаго, а также их коллеги из Венского университета (Австрия) назвали еще одну причину, которая могла спровоцировать глобальное оледенение, - импактное событие, а именно удар крупного астероида. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Science Advances.
В своей работе ученые использовали сложную климатическую модель, учитывающую циркуляцию атмосферы и океана, а также образование морского льда при различных климатических условиях (разной концентрации углекислого газа в атмосфере). Эту модель исследователи применили к последствиям гипотетического удара астероида размером с Чиксулубский метеорит (считается, что из-за него вымерли динозавры 66 миллионов лет назад). Предполагается, что диаметр последнего составлял 10 километров, а образовавшийся в результате падения кратер имеет диаметр около 180 километров.
Почему за основу взяты параметры Чиксулубского метеорита? Авторы объяснили, что последствия его падения на Землю хорошо изучены. Например, известно, что это событие привело к похолоданию на нашей планете, а площадь льда увеличилась.
Климатологи «прогнали» через модель четыре климатических сценария с падением подобного астероида:
- Доиндустриального периода (150 лет назад);
- Максимум последнего оледенения (26,5-19 тысяч лет назад), тогда температура была на 6,5 градуса по Цельсию ниже, чем в наше время;
- Мелового периода (от 145 до 66 миллионов лет назад), то есть перед падением Чиксулубского метеорита;
- Неопротерозойской эпохи (от миллиарда до 542 миллионов лет назад), в период «Земли-снежок».
Выяснилось, что при двух сценариях (доиндустриальный период и меловый), когда климат был более теплым, удар крупного астероида не привел бы к глобальному оледенению. А при сценариях с более холодным климатом (максимум последнего оледенения и неопротерозой) влияние на глобальную климатическую систему было бы куда значительнее.
Процент поверхности океана, покрытый льдами через некоторые промежутки времени после падения крупного астероида. Вертикальные колонки соответствуют четырем климатическим сценариям: PI - доиндустриальный период; LGM - максимум последнего оледенения; 4×CO2 - конец мелового периода; 720 Ma (750 ppm) - 720 млн лет назад при содержании CO2 в атмосфере 750 ppm.
Так, при условии, что в неопротерозое климат был достаточно холодным, а концентрация углекислого газа в атмосфере небольшой, падение тела размером с Чиксулуб привело бы к эффекту «Земли-снежка».
Если бы такой объект упал в максимум последнего оледенения, то есть 26 тысяч лет назад, эффект «Земли-снежка» был бы не только неизбежным, но и молниеносным. Модель показала, что через 10 лет после удара поверхность Земли практически полностью покрылась бы ледяным покровом толщиной от 10 метров и стала непригодной для жизни.
Результаты исследования климатологов хотя и говорят о том, что в неопротерозое эффект «Земли-снежка» действительно мог вызвать крупный астероид, однако подтвердить их выводы сложно. Геологических доказательств того, что в ту эпоху на поверхность нашей планеты упал объект наподобие Чиксулуба, у ученых нет. За сотни миллионов лет большинство кратеров исчезает без следов из-за тектонических и эрозионных процессов.
Что касается вероятности «Земли-снежка 2.0» в современную эпоху, авторы работы успокаивают. Они объяснили, что повторение такого глобального оледенения в наши дни вряд ли случится даже после падения крупного астероида - отчасти из-за вызванного деятельностью человека потепления, которое нагревает планету.
Автор: Игорь Байдов
Ссылка на источник