Том Джексон - Взламывая планету Земля

Лахар оставил шрам на ландшафте горного поселения в Индонезии.

В конце 1920-х годов ученые изобрели искусственные газы в качестве безопасной альтернативы токсичным газам хладагентов и пропеллентов. Эти газы, известные как хлорфторуглероды (или фреоны), оказались глобальной угрозой.

Лаборатория «Дюпон», которая занималась промышленным производством фреонов, также искала химически инертное вещество. Ученые предполагали, что связь между атомами хлора, фтора и углерода невозможно нарушить в естественных условиях, поэтому они не видели опасности в использовании этого газа. Их гипотезу подтвердили испытания, и новый газ сменил токсичные и взрывоопасные вещества в аэрозольных баллончиках и холодильниках. После использования газ уходил в атмосферу и все о нем забывали.

В 1995 году Марио Молина (на фото) и Шервуд Роуленд разделили Нобелевскую премию по химии с голландским ученым Паулем Крутценом, специалистом в области наук об атмосфере и озонового слоя.

В 1973 году два ученых-химика из Калифорнийского университета, американец Шервуд Роуленд и мексиканец Марио Молина, решили глубже изучить влияние хлорфторуглеродов на атмосферу. Они обнаружили, что CFC доходят до середины стратосферы, прежде чем разложиться под действием солнечной радиации. Затем они поняли, что в процессе распада высвобождаются свободные атомы хлора, которые вступают в реакцию с озоном в стратосфере. (Озон — редкая форма кислорода, в молекуле которого три атома кислорода вместо привычных двух.) Озон токсичен для животных, но озоновый слой в стратосфере играет роль надежного экрана, защищающего планету от ультрафиолетового излучения. В 1985 году Британская антарктическая служба подтвердила опасения Молины и Роуленда. Хлорфторуглероды создали огромную дыру над Антарктидой. Если бы они продолжали накапливаться там и дальше, весь озоновый слой мог исчезнуть. Последствия могли быть непредсказуемыми, ведь ультрафиолет губителен для всех живых организмов. В течение полутора лет был подписан Монреальский протокол — мировой запрет на производство фреонов — столкнувшись с общей угрозой, мировое сообщество показало редкий пример единства.

На иллюстрации изображены сначала рост, а потом сокращение озоновой дыры за последние десятилетия. Темно-серым показано истощение озонового щита в верхних слоях атмосферы.

Теорию ледниковых периодов приняли более века назад. А в 1992 году была предложена более радикальная идея. Что если в далеком прошлом планета настолько охладилась, что полностью замерзла? И может быть, это внезапное оледенение было как-то связано с эволюцией многоклеточных?

В то время как темная поверхность поглощает свет и тепло, светлая, наоборот, их отражает. Соответственно, альбедо, то есть отражающая способность Земли, возрастает с увеличением количества льда на поверхности планеты. В 1960-е годы советский климатолог Михаил Иванович Будыко предположил, что у этого процесса есть обратная связь, то есть и без того холодный климат становится еще холоднее, из-за того что солнечное тепло отражается от поверхности планеты. Не так ли Земля превратилась в снежный ком?

Название для этой гипотезы, «Земля — снежный ком», предложил в 1992 году американский геолог Джозеф Киршвинк. Однако идея глобального оледенения в прошлом — возможно, даже нескольких — давно витала в воздухе среди геофизиков. Одна из теорий принадлежала Дугласу Моусону, австралийскому геологу, который нашел доказательства обледенения в докембрийских породах Австралии. Это подсказало Моусону, что весь мир, по крайней мере суша, некогда был покрыт ледниками. Каким еще образом может замерзнуть такая субтропическая страна, как Австралия? Моусон работал в начале 1950-х годов, до того как свидетельство континентального дрейфа перевесило мнения, высказанные против него. Поэтому мысль, что Австралия когда-то находилась на более северных широтах, не фигурировала в его суждениях. Тем не менее идею замерзшей Земли никогда не сбрасывали со счетов.

Воздух, которым мы дышим, на 21 % состоит из кислорода, но так было не всегда. Кислород выделяют растения в процессе фотосинтеза. Раньше в атмосфере Земли было гораздо больше углекислого газа. Ранние формы живых организмов не использовали кислород, и когда в атмосфере его стало больше (в результате фотосинтеза), он оказался токсичным для большинства живых организмов на Земле, что спровоцировало их массовое вымирание, так называемую кислородную катастрофу. Полосчатая железорудная формация (на фото) образуется при взаимодействии чистого железа с кислородом, образуя слои гематита. Это верный признак того времени, когда в воздухе произошел кислородный всплеск.

В 1960-е годы в рамках изучения дрейфа материков и тектоники плит данные палеомагнитных исследований показали, что, когда на Шпицбергене и в Гренландии были залежи ледников, сами они (архипелаг и остров) находились гораздо южнее — в тропических широтах. Продолжая работу в этом направлении, ученые предположили, что оледенение было настолько масштабным, что даже в тропиках океан превратился в лед.

Существует несколько предположений о том, что могло вызвать глобальное оледенение. Одно из них объясняет происходящее эффектом альбедо — белая, покрытая льдами планета отражала больше тепла. Или, возможно, резко сократилось содержание углекислого газа на планете, что привело к уменьшению парникового эффекта, и планета стала терять больше тепла, чем раньше. С помощью моделирования удалось подтвердить, что в условиях холодного климата большая часть поверхности Земли замерзла и могла долго оставаться в таком состоянии за счет механизмов, описанных выше.

По словам Джозефа Киршвинка Земля была покрыта льдами и напоминала снежный ком в протерозойскую эру, до возникновения сложных форм жизни. Он предположил, что этот период длился 100 млн лет и почти все моря замерзли, осталась лишь небольшая полынья у экватора. Другие ученые предполагали, что оледенение было не таким экстремальным и некоторые области регулярно оттаивали и замерзали снова, поэтому его лучше характеризует словосочетание «талый снежок». Что бы там ни было, снег или слякоть, эта часть истории Земли теперь называется криогенный период. Другой пример оледенения Земли — Гуронское оледенение, одно из древнейших и наиболее продолжительных в истории планеты, продолжавшееся около 300 млн лет (2,4–2,1 млрд лет назад). Причиной Гуронского оледенения была кислородная катастрофа, в ходе которой в атмосферу Земли поступило большое количество кислорода, выработанного фотосинтезирующими организмами, а уровень углекислого газа соответственно сильно упал, что привело к гораздо более прохладному климату.