Dzieci globalnej zimy

Przez długi czas uczeni sądzili, że nasza planeta jest jedynym ciałem niebieskim w Układzie Słonecznym o w miarę ustabilizowanym klimacie. Raz bywało bowiem na niej trochę cieplej, kiedy indziej zimniej (jak choćby w ciągu ostatniego miliona lat, czyli w czasach epoki lodowcowej)
, ale nie było mowy o tak ekstremalnych warunkach, jakie zapanowały na gorącej Wenus, zimnym i suchym Marsie czy całkowicie pokrytej grubym lodem Europie (księżycu Jowisza)
. Jednak ten obraz spokojnej Ziemi radykalnie zmieniły odkrycia dokonane w latach 60. ubiegłego wieku. Odnaleziono wówczas osady lodowcowe – liczące około 700 mln lat – na wszystkich kontynentach i to nawet na obszarach równikowych, na których zwykle panują tropikalne warunki.

Aby wyjaśnić te niezwykłe znaleziska, Joseph Kirschvink, geobiolog z California Institute of Technology, sformułował na początku lat 90. teorię Ziemi-śniegowej kuli. Według niej nasza planeta około 700 mln lat temu (całkowity jej wiek wynosi około 4 mld lat) cała zamarzła. Kilometrowej grubości warstwa lodu skuła ówczesne oceany, a mróz sięgał minus 50 st. C. Płynna woda w morzach mogła istnieć tylko dzięki ciepłu docierającemu z wnętrza Ziemi.

Co spowodowało tak dramatyczne wydarzenia? Około 800 mln lat temu istniejący wówczas wielki superkontynent rozpadł się na kawałki. Tereny, które znajdowały się dotąd w jego centrum, a więc bardzo daleko od linii brzegowej, teraz leżały w pobliżu oceanów. Znacznie częściej padały tam deszcze, które zmywały do mórz dwutlenek węgla uczestniczący w procesie wietrzenia skał (podczas wietrzenia skał zawierających glinokrzemiany gaz ten jest przekształcany w wodorowęglan, który razem z wodą trafia do oceanów; tam – w wyniku kolejnych reakcji chemicznych – tworzy związki węglanowe wytrącające się na dnie w postaci osadów).

Tymczasem CO2 to jeden z ważniejszych gazów cieplarnianych, potrafiących zatrzymywać ciepło wypromieniowywane przez Ziemię. Kiedy ubywało CO2 z atmosfery, w rejonach biegunów zaczęły tworzyć się coraz większe pokrywy lodu i śniegu. Ten ostatni świetnie odbija promienie słoneczne, zatem im więcej było lodu, tym robiło się zimniej, a im bardziej spadała temperatura, tym szybciej przybywało lodu. Powstał samonapędzający się mechanizm coraz bardziej schładzający Ziemię.

Lód zagarniał kolejne obszary, aż w końcu skuł cały glob. Ziemia stała się wówczas mknącą w przestrzeni kosmicznej śniegową kulą. Całe ówczesne prymitywne życie – najbardziej złożonymi organizmami były w tamtych czasach glony i jednokomórkowe pierwotniaki – niemal całkowicie wyginęło. Uratowały się jedynie mikroorganizmy potrafiące czerpać energię z reakcji chemicznych zachodzących w pobliżu gorących źródeł na dnach mórz oraz ekstremofile, czyli te lubiące skrajne warunki. Także niektórym glonom zapewne udawało się przetrwać na powierzchni śniegu lub w szczelinach skał. A może kosmiczny pył

Co wyrwało Ziemię z tego mroźnego letargu? Najprawdopodobniej wulkany. Podczas erupcji wyrzucają one ogromne ilości dwutlenku węgla. Ponadto zakryte lodem i śniegiem skały nie ulegały już wietrzeniu i nie wiązały dwutlenku węgla. Dlatego CO2 mógł swobodnie gromadzić się w atmosferze. Po pewnym czasie było go już tak dużo, iż wywołał efekt cieplarniany. Pokrywa lodowa na oceanach zaczęła się topić, a woda parować. Do gry włączył się więc kolejny i najważniejszy z gazów cieplarnianych – para wodna. Na Ziemi powoli zaczęło się robić gorąco. Naukowcy szacują, że po okresach zlodowaceń temperatura podnosiła się nawet do plus 50 st. C.

Nie wiadomo jednak, ile czasu potrzebowały wulkany na wywołanie efektu cieplarnianego i roztopienie śniegowej kuli. Symulacje komputerowe wskazywały na trwającą od kilkuset tysięcy do nawet 30 mln lat globalną epokę lodową. Jednak wyniki badań osadów sprzed 700 mln lat, opublikowane niedawno przez tygodnik „Science”, sugerują, że Ziemia w tamtym okresie co najmniej dwukrotnie zmieniała się w śniegową kulę i to na 3–12 mln lat.

Z kolei Alex Pavlov z University of Colorado wraz ze współpracownikami stworzył model komputerowy, który wskazuje na zupełnie inną przyczynę zlodowaceń niż rozpad kontynentu i spadek zawartości CO2 w atmosferze. Ziemia mogła bowiem 700 mln lat temu przejść przez gęsty obłok międzygwiezdnego pyłu, który spowodował jej radykalne schłodzenie. Pochłaniał bowiem i rozpraszał promieniowanie słoneczne, ale umożliwiał jeszcze ucieczkę ciepła z naszej planety. To oczywiście tylko hipoteza, która wymaga potwierdzenia – a takim byłoby znalezienie w osadach śladów kosmicznego pyłu.

Globalne zlodowacenia, niezależnie od tego, co je wywołało, niemal doprowadziły do wysterylizowania naszej planety. Paradoksalnie jednak mogły również przyczynić się do obudzenia życia z ewolucyjnej drzemki. Tuż bowiem po zlodowaceniach nastąpiła tzw. eksplozja kambryjska – niemal nagle (oczywiście w geologicznej skali czasu) organizmy przeszły od form prymitywnych w bardzo zróżnicowane i złożone. To właśnie wówczas powstało 11 istniejących do dziś głównych typów zwierząt – pojawiły się m.in. gąbki, strunowce, mięczaki i stawonogi.

Część naukowców przypuszcza, iż bardzo silny stres – jakim była radykalna zmiana warunków środowiska (na przemian zimna i gorąca) – sprzyjał powstawaniu mutacji genetycznych. Poza tym długotrwałe odseparowanie w miejscach, w których organizmy mogły przetrwać zlodowacenia (np. przy podwodnych ciepłych źródłach), sprzyjało powstawaniu nowych gatunków. Jesteśmy zatem wszyscy dziećmi globalnej zimy.

Jan Suchocki