Знание-сила, 2000 №10

Рафаил Нуделъман

Название этой статьи заимствовано не из научно-фантастического романа или фильма. Так формулируется гипотеза, выдвинутая четырьмя американскими учеными из Гарварда – П. Хоффманом, Д. Шрагом, Дж. Хальверсоном, А. Кауфманом. Эта гипотеза вызвала большой интерес специалистов, так как предлагает решение сразу четырех парадоксов, которые давно уже не давали покоя всем, кто занимался прошлым Земли.

Авторы предлагают весьма фантастическое на первый взгляд решение этих парадоксов. Они выдвигают предположение, что в далеком прошлом, 600 – 700 миллионов лет тому назад, в истории Земли были такие длительные, в миллионы лет, периоды, когда она целиком покрывалась километровой толщины ледниками, превращаясь в своего рода космических размеров снежный ком.

Первый из парадоксов был обнаружен уже сорок лет назад, когда американский геолог Харланд установил, что во многих местах планеты прибрежные, находящиеся на уровне моря слои древних скал неопротерозойского периода (это именно то время, о котором речь) покрыты остатками ледниковых наносов даже в тропических широтах. Это было необъяснимо, потому что сегодня лед в тропиках лежит лишь в горах, не ниже пяти тысяч метров, и даже в последний ледниковый период не спускался ниже четырех тысяч метров.

Второе недоумение вызвал тот факт, что вскоре вперемежку с этими наносами были обнаружены отложения, необычно богатые железом. В нынешних условиях, когда в земной атмосфере присутствует свободный кислород, свободное железо немедленно окисляется, а между тем существуют надежные основания полагать, что в неопротерозойский период состав атмосферы был почти такой же, как сейчас.

Еще одну загадку представляет собой повсеместно наблюдаемая закономерность: ледниковые наносы в тропических широтах всегда покрыты толстым слоем богатых карбонатом скал, а известно, что карбонат выделяется из морской волы при ее нагреве и растворяется при охлаждении. Дело выглядит так, будто тропические моря когда-то охладились, а затем довольно быстро прогрелись за счет повышения температуры воздуха почти до пятидесяти фадусов.

И наконец, анализ этих карбонатных отложений на соотношение изотопов углерода (один из которых участвует в биохимии жизненных процессов и потому указывает на существование или не существование жизни) приводил к выводу, что железо было включено в скальные породы во времена длительных, в миллионы лет, перерывов какого-либо биологического присутствия. Что могло вызвать такие огромные перерывы в эволюции?

Все эти загадки и парадоксы были известны давно, и попытки их объяснения предпринимались многими учеными. В 1960-е годы Харланд первым отважился высказать мысль, что в неопротерозойские времена Земля замерзала даже в тропиках. Примерно тогда же к аналогичному выводу, но по совершенно иным причинам пришел ленинградский геофизик Михаил Будыко, один из первых моделировщиков земного климата. Его расчеты показали, что при сильном уменьшении концентрации углекислого газа в атмосфере может произойти резкое снижение парникового эффекта и охлаждение воздуха, что вызовет распространение снега и льдов к экватору; это увеличение площади под снегом и льдом, которые сильно отражают солнечный свет, вызовет еще большее охлаждение, и такая цепная реакция может привести в конечном счете к замерзанию всей земной поверхности. Необходимым условием этого, по расчетам Будыко, является уменьшение интенсивности излучения Солнца на 6-7 процентов против нынешней, но именно такую яркость Солнце имело 600 – 700 миллионов лет назад.

Будыко назвал найденное им решение климатических уравнений «решением белой Земли» или «ледяной катастрофой», но не придал ему особого значения: в те времена никто не мог себе представить, что такое возможно.

Серьезным возражением был и вопрос: случись подобная катастрофа в действительности, что могло прервать такое обледенение?

На этот вопрос дал ответ американский геолог Джозеф Киршвинк. В 1992 году он высказал предположение, что сдвиг тектонических плит, на которых плавают континенты, должен был вызывать постоянное появление все новых и новых вулканов, которые выбрасывали в атмосферу замерзшей Земли большие количества углекислого газа. В условиях полностью замерзшей Земли (Киршвинк назвал ее в своей статье «снежным комом») углекислый газ должен был накапливаться в атмосфере до тех пор, пока вызванный им «парниковый эффект» не поднял ее температуру настолько, что льды могли отступить.

Киршвинк впервые пришел к своему предположению, пытаясь объяснить появление загадочных железистых отложений на ледниковых наносах. По его мнению, это железо растворилось в земном океане в те времена, когда в атмосфере практически еще не было кислорода (в этих условиях железо растворимо в воде). С появлением кислорода в атмосфере и затем в воде железо выпало из раствора на океанское дно. Но обледенение Земли, особенно если оно продолжалось миллионолетия, должно было лишить океанскую воду кислорода, и тогда железо могло снова раствориться в ней. Затем, когда льды растаяли под влиянием «парникового эффекта», вода снова насытилась кислородом, и железо опять выпало из нее на остатки ледников в виде железистых отложений. Расчеты показали, что для осуществления сценария Киршвинка содержание углекислого газа в атмосфере должно было быть в 350 раз больше нынешнего. Предположив, что вулканы в те времена выбрасывали столько же углекислого газа, что и сейчас, можно вычислить, что для его накопления в достаточном для таяния количестве период «снежного кома» должен был продолжаться миллионы лет, как и предполагал Киршвинк.

Предположение Киршвинка было встречено довольно прохладно, но в последующие годы обнаружились два новых факта, говорящих в его пользу: уже упомянутые карбонатные отложения и данные по их изотопному составу. Это и побудило Хоффмана и его коллег выступить в 1998 году с пространной статьей, воскресившей – но уже на более широких основаниях – гипотезу «снежного кома».

Сценарий этой катастрофы выглядел теперь так. 700 миллионов лет назад участки суши, составляющие нынешние континенты, группировались в основном вблизи экватора. Моря вблизи полюсов были покрыты льдами. Поток солнечного тепла был на 6-7 процентов меньше, чем сейчас, что делало климат весьма неустойчивым относительно возможных резких изменений. Таким изменением мог быть достаточно длительный перерыв вулканической деятельности, приведший к уменьшению притока углекислого газа в атмосферу. Это должно было вызвать спад «парникового эффекта» и соответствующее понижение температуры.