Климатичните модели могат да обяснят както началото, така и края на глобален ледников период. Въглеродният диоксид от вулканите се натрупва в атмосферата, планетата се затопля и ледниците се оттеглят.

Според стандартните изчисления този процес отнема около четири милиона години.

Един древен ледников период обаче е продължил 56 милиона години. Факт, който десетилетия наред остава необясним.

Замръзването, което продължило твърде дълго

Въпросният ледников период е Стуртската глациация, кръстена на древни ледникови отлагания в Австралия.

Тя попада в периода Криоген, преди около 717 до 660 милиона години – време, което геолозите по-късно наричат „Земя-снежна топка“ (Snowball Earth).

Ново изследване, ръководено от Шарлот Мински, докторант в Харвардското училище по инженерни и приложни науки „Джон А. Полсън“, оспорва досегашните разбирания, пише Earth.

Мински и нейните колеги твърдят, че стандартните математически модели никога не са успявали да обяснят продължителността на Стуртската глациация.

За сравнение, по-късната Маринска глациация е продължила само около четири милиона години и лесно се вписва в моделите. Стуртската обаче, която е 14 пъти по-дълга, остава загадка.

Вулканична дейност като възможен катализатор

Изследователският екип се фокусира върху огромен вулканичен регион в Канада, известен като Голямата магматична провинция Франклин.

Преди около 717 милиона години вулкани изригват в днешната канадска Арктика, заливайки региона с лава и покривайки огромна площ с пресен базалт.

Според учените тези вулкани може да са допринесли за началото на Стуртската ледникова епоха, като са извлекли огромни количества въглероден диоксид от атмосферата.

В рамките на един-два милиона години от началото на глациацията събитието „Франклин“ е изхвърлило достатъчно нова скална маса на повърхността, за да промени химията на цялата атмосфера.

Предишни трудове на същата група вече са подкрепяли тази теза, като проследяват как химичните процеси при охлаждането на базалта могат да предизвикат едно глобално замръзване.

Как въглеродът се превръща в камък

Когато пресният базалт е изложен на въздух и дъжд, той бавно реагира с атмосферния въглероден диоксид.

Минералите се извличат от скалата, отмиват се в реките и достигат до океана, където въглеродът се „заключва“ в седиментите на морското дъно.

Този процес на изветряне на базалта е един от най-мощните дългосрочни климатични термостати на Земята.

Разпространен върху лавово поле с размерите на континент, базалтът може да премахва въглероден диоксид от атмосферата по-бързо, отколкото вулканите го отделят.

В резултат температурите падат и ледът се разпространява.

Щом ледената покривка достигне близо до тропиците, се задейства верижна реакция – светлите бели повърхности отразяват слънчевата светлина обратно в космоса, което прави замръзването самоподдържащо се.

Цикличността на ледниковите периоди

Тук стандартната теория спира. Според нея въглеродният диоксид бавно се натрупва отново в продължение на няколко милиона години, докато затопли планетата достатъчно, за да предизвика размразяване.

Моделът на Мински обаче предлага различен сценарий. Когато ледът се оттегли, пресният, но само частично изветрял базалт от провинция Франклин, отново се оказва изложен на атмосферните влияния.

В симулацията химичните процеси се рестартират. Въглеродният диоксид отново бива изтеглен от атмосферата, което предизвиква ново замръзване.

Екипът твърди, че тези цикли са се повтаряли многократно през 56-те милиона години на Стуртската глациация, докато базалтът не се е изчерпал напълно.

Животът е оцелял по време на „Земята-снежна топка“

Дългите, непрекъснати заледявания създават сериозен проблем за живота.

Фотосинтезата спира под ледената покривка, докато вулканичните газове продължават да реагират с кислорода и да го извличат от атмосферата.

След десетки милиони години без възстановяване, в атмосферата не би трябвало да остане кислород за дишане.

Тази идея обаче противоречи на фосилните находки, които показват, че животът, дишащ кислород, е продължил да съществува през целия Криоген.

По-кратките замръзвания, разделени от периоди без лед, помагат за разрешаването на това противоречие. Растенията и микробите са имали време да „презаредят“ атмосферата между студените периоди, позволявайки на кислородния резервоар да оцелее.

„Това би могло да обясни как аеробният живот е оцелял през такъв екстремен интервал“, казва Мински.

Седиментите разкриват повтарящи се замръзвания

Стуртските седиментни отлагания, открити на всеки континент – от Австралия до Свалбард – не са еднородни.

Слоевете показват доказателства за настъпване и оттегляне на ледници, което не съответства на модела за един непрекъснат ледников период.

Цикличният модел на Мински се вписва по-добре в тези геоложки данни.

Всеки топъл интервал би оставил след себе си обикновени морски седименти, докато покритите с лед периоди биха натрупали нови ледникови отломки.

С други думи, скалите може би вече са разказвали тази история от години, но досега никой не ги е интерпретирал по този начин.

Симулацията на Мински представлява опростен модел, който проследява потоците на въглерод и кислород, без да обхваща всеки физичен и биологичен процес, активен по време на Стъртската ледникова епоха.

Колко точно цикъла са се случили и колко екстремен е бил всеки от тях, остават отворени въпроси. Моделът улавя общата тенденция, но конкретните детайли все още са неизвестни.

Вулканите оформят климата от разстояние

Досега нито един научен модел не успяваше да поддържа хипотезата за 56-милионната Стъртска ледникова епоха, без да се позовава на условия, които не са подкрепени от геоложките данни.

Новото изследване обаче премахва тази пречка.

Резултатите предполагат, че древните вулкани може да са допринесли за най-дългия ледников период на Земята, като многократно са излагали на повърхността свежи лавови скали, които са извличали въглероден диоксид от атмосферата.

Последиците от това откритие се простират далеч отвъд нашата планета.

Астрономите продължават да откриват скалисти планети в обитаеми орбити, а масивните вулканични събития изглеждат често срещани в подобни светове.

Сходни геоложки процеси биха могли да тласнат и други планети към повтарящи се цикли на замръзване.

Това проучване предполага, че самата обитаемост може да е много по-нестабилна, отколкото учените са предполагали досега – както на Земята, така и на скалистите светове извън нея.

Изследването е публикувано в списание „Proceedings of the National Academy of Sciences“.