A Uniwersytet Waszyngtoński badanie oferuje nowy wgląd w zakończenie ostatniego zjawiska kuli śnieżnej na Ziemi, wyjaśniając, w jaki sposób topnienie lodu i zmiany atmosferyczne mogły utorować drogę do pojawienia się bardziej złożonych form życia na Ziemi.
Do najbardziej ekstremalnych zjawisk klimatycznych w historii Ziemi zaliczają się okresy „ziemskiej kuli śnieżnej”, które miały miejsce setki milionów lat temu, kiedy prawie cała planeta była pokryta lodem o grubości do 1 kilometra (0,6 mili).
Te wydarzenia „Ziemi śnieżnej kuli” miały miejsce tylko kilka razy i nie występują w regularnych cyklach. Każde z nich trwa miliony lub dziesiątki milionów lat, po czym następuje dramatyczne ocieplenie, ale szczegóły tych przejść są słabo poznane.
Nowe badania przeprowadzone na Uniwersytecie Waszyngtońskim dają pełniejszy obraz tego, jak zakończyła się ostatnia kula śnieżna Ziemi i sugerują, dlaczego poprzedziła ona dramatyczną ekspansję życia na Ziemi, w tym pojawienie się pierwszych zwierząt.
Badanie opublikowane niedawno w Komunikacja przyrodnicza skupia się na starożytnych skałach znanych jako „węglany czapkowe”, które prawdopodobnie powstały w wyniku rozmrożenia lodu lodowcowego. W skałach tych zachowały się wskazówki dotyczące ziemskiej atmosfery i oceanów sprzed około 640 milionów lat, czyli znacznie wcześniej niż to, co mogą zarejestrować rdzenie lodowe lub słoje drzew.
„Węglany czapek zawierają informacje o kluczowych właściwościach ziemskiej atmosfery i oceanów, takich jak zmieniający się poziom dwutlenku węgla w powietrzu czy kwasowość oceanu” – powiedział główny autor Trent Thomas, doktorant UW w dziedzinie nauk o Ziemi i kosmosie. „Nasza teoria pokazuje teraz, jak te właściwości zmieniły się w trakcie i po Ziemi Snowball”.
Tworzenie się węglanów czapkowych
Węglany czapkowe to warstwowe skały wapienne lub dolomitowe o wyraźnym składzie chemicznym i obecnie można je znaleźć w ponad 50 lokalizacjach na całym świecie, w tym w Dolinie Śmierci, Namibii, Syberii, Irlandii i Australii. Uważa się, że skały te powstały w wyniku topnienia otaczających Ziemię pokryw lodowych, powodując dramatyczne zmiany w chemii atmosfery i oceanów oraz osadzając się na dnie oceanu tego wyjątkowego rodzaju osadów.
Nazywa się je „czapkami”, ponieważ są to czapy nad osadami lodowcowymi pozostałymi po Ziemi Śnieżki, oraz „węglanami”, ponieważ zarówno wapień, jak i dolomit są skałami zawierającymi węgiel. Zrozumienie ich powstawania pomaga wyjaśnić obieg węgla w okresach dramatycznych zmian klimatycznych. Nowe badanie, które modeluje zmiany środowiskowe, dostarcza również wskazówek na temat ewolucji życia na Ziemi i tego, dlaczego bardziej złożone formy życia pojawiły się po ostatniej kuli śnieżnej.
„Życie na Ziemi było proste – w postaci drobnoustrojów, glonów i innych drobnych organizmów wodnych – przez ponad 2 miliardy lat, aż do powstania Ziemi w kształcie kuli śnieżnej” – powiedział starszy autor David Catling, profesor nauk o Ziemi i kosmosie na Uniwersytecie Warszawskim. „W rzeczywistości miliard lat poprzedzający pojawienie się Ziemi Śnieżki nazywa się „nudnym miliardem”, ponieważ wydarzyło się tak niewiele. Następnie miały miejsce dwa wydarzenia na Ziemi w kształcie kuli śnieżnej. Niedługo potem w zapisie kopalnym pojawiają się zwierzęta”.
Nowy artykuł zapewnia ramy umożliwiające powiązanie dwóch ostatnich faktów.
Modelowanie faz środowiskowych Ziemi w kształcie kuli śnieżnej
W badaniu modelowano chemię i geologię podczas trzech faz Ziemi w kształcie kuli śnieżnej. Po pierwsze, podczas szczytu Snowball Earth gruby lód otaczający planetę odbijał światło słoneczne, ale niektóre obszary otwartej wody umożliwiały wymianę między oceanem a atmosferą. Tymczasem lodowata woda morska w dalszym ciągu reagowała z dnem oceanu.
Ostatecznie dwutlenek węgla zgromadził się w atmosferze do tego stopnia, że uwięził wystarczającą ilość energii słonecznej, aby podnieść globalną temperaturę i stopić lód. Dzięki temu opady atmosferyczne docierały do Ziemi, a słodka woda wpływała do oceanu, aby dołączyć do warstwy lodowatej wody roztopowej, która unosiła się nad gęstszą, słoną wodą oceaniczną. Ten warstwowy ocean spowolnił cyrkulację oceaniczną. Później wzmogło się wzburzenie oceanu i wznowiono mieszanie atmosfery, górnego i głębokiego oceanu.
„Przewidujemy ważne zmiany w środowisku, gdy Ziemia odrodziła się po okresie kuli śnieżnej, a niektóre z nich wpłynęły na temperaturę, kwasowość i cyrkulację oceanu. Teraz, gdy znamy te zmiany, możemy z większą pewnością określić, jak wpłynęły one na życie na Ziemi” – powiedział Thomas.
Przyszłe badania pozwolą zbadać, w jaki sposób skupiska życia, które mogły przetrwać zamieszanie wokół Ziemi w kształcie kuli śnieżnej i jego następstwa, mogły ewoluować w bardziej złożone formy życia, które pojawiły się wkrótce potem.
Odniesienie: „Trzyetapowe powstawanie węglanów czapy po zlodowaceniu kuli śnieżnej Marino, zgodne ze skalami czasowymi i geochemią depozycji”, Trent B. Thomas i David C. Catling, 15 sierpnia 2024 r., Komunikacja przyrodnicza.
DOI: 10.1038/s41467-024-51412-8
Badania zostały sfinansowane przez Narodową Fundację Nauki i NASAczęściowo dzięki grantowi z Programu Astrobiologii NASA dla Wirtualnego Laboratorium Planetarnego UW.
