Установлено, что могло превратить Землю в снежок

Глобальные ледниковые периоды в истории Земли, по мнению ученых из Массачусетского технологического института, случались из-за того, что уровень солнечного излучения резко менялся в течение короткого (с точки зрения геологии) периода времени.

Исследование опубликовано в Proceedings of the Royal Society A, кратко о нем сообщает EurekAlert.

В истории Земли было как минимум два ледниковых периода; после окончания второго из них на планете произошел резкий скачок развития сложной многоклеточной жизни. Ученые рассмотрели несколько сценариев, где в качестве основных факторов глобального похолодания выступали уровни солнечной радиации и углекислого газа в атмосфере.

«Есть много теорий о том, что вызвало глобальные оледенения, но все они на самом деле сводятся к некоторой неявной модификации поступающей солнечной радиации», — говорит Константин Арншейдт, аспирант кафедры наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института. — Но обычно это изучалось в контексте перехода через порог». Теперь ученые установили, что скорость, с которой происходят изменения, более важна.

Исследователи разработали простую математическую модель климатической системы Земли, которая отображает соотношения между входящей и исходящей солнечной радиацией, температурой поверхности Земли, концентрацией углекислого газа в атмосфере и влиянием атмосферных атмосферных осадков на поглощение и хранение углекислого газа. Исследователи смогли настроить каждый из этих параметров, чтобы наблюдать, какие условия «превратили Землю в снежок» («Земля — снежный ком» (Snowball Earth) — гипотеза, предполагающая, что Земля была полностью покрыта льдом в части криогенийского и эдиакарского периодов неопротерозойской эры, а также, возможно, в другие геологические эпохи).

Они обнаружили, что планета с большей вероятностью замерзнет, если поступающее солнечное излучение будет сокращаться быстрее критической скорости, а не до критического порога или определенного уровня. Точно определить эту скорость трудно, так как в модель заложено упрощенное представление климата Земли. Тем не менее, по оценкам Арншейдта, чтобы перейти в глобальный Ледниковый период, Земля должна была бы испытать примерно 2-процентное падение поступающего солнечного света в течение приблизиртельно 10 000 лет.

Здесь играет большое значение положительная обратная связь: чем больше площадь льда, тем больше альбедо — отражательная способность поверхности планеты, соответственно, все больше солнечных лучей отражается, не нагревая Землю. Процесс охлаждения ускоряется до тех пор, пока льды не покрывают планету целиком. Ледниковые периоды на Земле имели временный носят временный характер из-за углеродного цикла: когда планета покрыта льдом, уровень углекислого газа постепенно повышается, вызывая парниковый эффект, из-за которого холод в конце концов отступает. В «обычное» время уровень СО2 отчасти контролируется выветриванием горных пород.

Конкретные причины, которые могли затмить Солнце на десятки тысяч лет, все еще обсуждаются: это могли быть вулканы или примитивные водоросли. «Модель учит нас, что мы должны опасаться скорости, с которой мы изменяем климат Земли, а не только величины изменений. Возможно, существуют и другие подобные переломные моменты, вызванные антропогенным потеплением. Выявление этих факторов и ограничение их критических значений является важной задачей для дальнейших исследований», — поясняет Арншейдт.

Ранее ученые доказали, что на южной оконечности Африки существовала экосистема, которая была «райским убежищем» не только для первых людей, но и для животных во время ледниковых периодов.

Фото: NASA