Тектониката определила развитието на живота

Климатът на Земята не е постилал червено килимче на първия многоклетъчен живот.

Кембрийският взрив е бил предшестван от криогенен период, по време на който ледът вероятно два пъти е сковавал цялата планета.

Кембрият, напротив – превърнал е Земята в парник – атмосферната концентрация на въглероден диоксид оттогава никога не е била толкова висока. След това отново е застудяло, макар че до нивото на фризер температурите повече не са се спускали.

Въпреки че са се съхранили данни за тогавашните температури и атмосферното ниво на въглероден диоксид, трудно е да се каже по какви причини в това време са се случвали изменения. Геологът Райън Макензи от Тексаския университет в Остин (САЩ) и колегите му се опитали да се ориентират в свидетелствата от вулканичната активност от този период, тъй като това е основният източник на CO₂ в геоложкия летопис.

За да направят това, се наложило учените да търсят много иглички в най-различни купи сено. В магмени породи, такива като гранит и неговия вулканичен двойник – риолит, може да се открият дребни кристали минерал с името циркон. Цирконият е най-добрият приятел на геолога в много отношения. В неговия капан попадат радиоактивният уран и оловото и по техния разпад може с точност да се определи възрастта на кристала.

Той е изключително здрав минерал, способен да преживее ерозията, която разрушава много други кристали. Най-старата част на Земята от някога датираните е миниатюрно парченце циркон на възраст 4,4 млрд. години, открит в нанос, формирал се „само“ преди около 3 млрд. години.

Цирконите са летопис на характеристиките на магмените породи, в които са се формирали. С други думи, те могат да разкажат на изследователите за вулканите, които са ги довели на света. Тъй като вулканите по протежение на зоната на субдукция са най-разпространен източник на магмените породи, които включват циркони, последните са способни да посочат местоположението на тези вулкани.

Изследователите въвели резултатите от анализа на цирконите в утаечните породи от цял свят в един набор данни. Възрастта на цирконите говори кога континенталните дъги на вулкани са били активни в зоната на субдукция. А когато вулканите работят, те не само формират нови вулканични породи, но и изхвърлят CO₂ и следователно влияят на климата.

Така е открита ниска активност на континенталните дъги по време на ледниковите периоди, пик на активността в кембрийския период и последващо снижение. С други думи, вулканичната активност се е повишавала по време на топлите периоди, когато е нараствало нивото на CO₂ в атмосферата, и се е снижавала в студените периоди.

Миналата година аналогична корелация е описана за кредата. Твърди се, че тъй като тектониката на плочите е довела до по-активно формиране на континенталните дъги, вулканичната дейност може да е освободила CO₂ от карбонатните породи по границите на континентите. Въпреки предишните хипотези новата идея гласи, че континенталните дъги са по-важен източник на атмосферен CO₂, отколкото подводния вулканизъм от срединноокеанските хребети.

Когато кембрийският период е стигнал към края си, се е образувал суперконтинентът Гондвана (по-късно станал южната половина на Пангея). Тъй като моретата, разделящи частите на бъдещата Гондвана, са се оказали затворени, субдукцията е спряла и континенталните дъги са затихнали.

Изследователите посочват Хималаите като пример за такова явление, но в по-малък мащаб. Индийският субконтинент е бил съсед на Австралия, когато се е образувала Пангея. Когато тя се е разпадала, Индия е отишла на север, тласкайки пред себе си океанската кора и създавайки вулканична дъга на предния край на своето движение. Но по времето, когато Индия се е сблъскала с Евразия, вече не е имало никаква океанска кора, затова субдукция не се е състояла – и вулканите, някога изригващи от двете страни на изчезващото море, останали без гориво.

Само това е било достатъчно, за да намали отделянето на въглероден диоксид в атмосферата. Освен това свиването на континенталните плочи е довело да образуването на планинска верига с внушителни размери, която бързо се е разрушила и силикатните породи, разпадайки се, са поглъщали CO₂. Резултат от това е станало значителното намаляване на CO₂ в атмосферата.

Събирането на Гондвана било само един от многото сблъсъци, случили се по това време. Континенталните арки, спящи в криогена, се възпламенили, когато континентите започнали да се движат един към друг, изхвърляйки във въздуха CO₂ и затопляйки планетата. Когато континентите се сблъскали, вулканичната активност спряла и ерозията вероятно е помогнала за охлаждането на Земята.

По такъв начин е напълно вероятно континенталните дъги да са изиграли важна роля в изменението на климата през това време, тоест климатичните екстремуми са били неизбежно следствие на тектониката на плочите. И съответно тектониката на плочите е определила състоянието на биосферата.

Многоклетъчните организми за първи път се появяват в палеонтоложкия летопис в периода на криогена и започват бурно да се развиват със затоплянето. В кембрия, в пика на горещините, се случват няколко масови измирания. Когато светът малко е изстинал, животът отново е започнал да процъфтява и да се развива разностранно.

Възможно е тектониката на плочите и измененията на климата да са били не само злодеи. Някои изследователи смятат, че тези фактори са отговорни и за появата на скелетите от калциев карбонат – събитие, изиграло ключова роля в кембрийския взрив.

Резултатите от изследването са публикувани в сп. Geology.