Земята „Снежна топка“ е битка за надмощие

Десетилетия изследвания показват, че Земята някога е била изцяло или почти изцяло заледена. Епизодът е известен като „Снежна Земя“ и въпреки че никой не оспорва това, много от подробностите остават хипотетични. „Снежната Земя“ се е случила през периода криоген на Земята, обхващащ периода преди около 720–635 милиона години по време на неопротерозойската ера.

Периодът криоген е имал два големи глобални ледникови епизода, които обикновено се наричат "​​​​Снежна Земя“. Единият е стуртианското заледяване (Sturtian glaciation), а другият е мариноанско заледяване (Marinoan glaciation). Проучванията показват, че стуртианското заледяване е продължило 56 милиона години, но климатичните модели се затрудняват да обяснят как е могъл да продължи толкова дълго.

Изследователи от Факултета по инженерство и приложни науки „Джон Полсън“ към Харвардския университет (SEAS) имат ново обяснение за продължителността на стуртианското заледяване. Те го представят в ново изследване, публикувано в Proceedings of the National Academy of Sciences. То е озаглавено „Repeated snowball–hothouse cycles within the Neoproterozoic Sturtian glaciation“ („Повтарящи се цикли снежна топка-парник в рамките на неопротерозойското стуртианско заледяване“), а водещият автор е Шарлот Мински (Charlotte Minsky) от SEAS.

Има изобилие от доказателства за заледяването през периода Стуртиан в скали по целия свят. Тези седиментни скали са стратиграфски запис на приближаването и отдръпването на ледниците. Но въпреки че доказателствата са солидни, съществуващите климатични модели са в противоречие с тях.

В своето изследване авторите посочват, че постигането на последователно обяснение за стуртианското заледяване е дългогодишен проблем. Трудно е да се обясни как животът е оцелял след него, както и аспекти на геоложкия запис. Основното предизвикателство е да се обясни как то е продължило 56 милиона години, „много по-дълго, отколкото може да се приеме от стандартните модели на климатичната еволюция“, пишат авторите. Глобално заледяване с такава продължителност би имало тежки последици за живота.

„Глобалните заледявания в зората на животинския живот – така наречените неопротерозойски събития „Снежна топка“ – са сред най-екстремните климатични смущения в историята на Земята и вероятно са оказали силно влияние върху биологичната еволюция“, обясняват авторите. „Въпреки това, причината(ите), тежестта и екологичните/биологичните ефекти на тези заледявания все още са обект на оживени дебати."

Екипът използва симулации, за да се опита да разбере какво се е случило по време на стъртианската епоха. Те са съсредоточени върху голям вулканичен регион в Канада, наречен Франклинска голяма магмена провинция (Franklin Large Igneous Province - FLIP), където изригването е станало преди повече от 700 милиона години и е продължило около 2 милиона години. Това е един от най-големите магматични епизоди в историята на Земята и е оказал силно влияние върху климата на планетата.

Голяма магмена провинция

Голяма магмена провинция (LIP - Large igneous province) е изключително голямо натрупване на магмени скали , включително интрузивни (силове, дайки) и екструзивни (лавови потоци, тефрови отлагания), възникващи, когато магмата се движи през земната кора към повърхността. Образуването на LIP се приписва по различен начин на мантийни струи или на процеси, свързани с дивергентна тектоника на плочите. Образуването на някои от LIP през последните 500 милиона години съвпада във времето с масови измирания и бързи климатични промени, което е довело до множество хипотези за причинно-следствените връзки. LIP са коренно различни от всички други действащи в момента вулкани или вулканични системи.

Авторите казват, че е имало нещо като махало - колебание между въглерода, отделен от вулканите, и изветрянето на новооткрития базалт. Когато вулканите (и други процеси) са натрупали въглерод в земната атмосфера, климатът се е затоплял. Това е довело до отдръпване на леда, което е разкрило повече базалт. Това е увеличило изветрянето на базалт, което бавно е премахнало въглерода от атмосферата. С премахването на въглерода климатът се е охлаждал.

Изследователите установяват, че вместо едно-единствено събитие на заледяване, стуртианският период всъщност се е състоял от множество събития.

„По този начин, вместо една-единствена, непрекъсната „снежна топка“, климатът многократно е превключвал между кратки, завършващи сами заледителни периоди тип „снежна топка“ и също кратки топли, до голяма степен без лед междуледникови климати“, пишат изследователите в своята статия.

Тази фигура от изследването показва как Земята е редувала епизоди на снежна топка и топли епизоди по време на стуртианското заледяване.Тази фигура от изследването показва как Земята е редувала епизоди на снежна топка и топли епизоди по време на стуртианското заледяване. Кредит: Minsky et al. 2026 PNAS

Техният модел обяснява някои от несъответствията между геоложките доказателства и съществуващите климатични модели.

Един от тези трудни въпроси се отнася до атмосферния кислород и оцеляването на живота.

„В традиционните сценарии на „снежната топка“, поддържането на наситена с кислород атмосфера изисква биосферата да бъде достатъчно продуктивна, за да замества непрекъснато кислорода, загубен чрез химическа реакция, с вулканични редуцирани газове“, обясняват авторите.

В тези сценарии липсата на кислород поради екстремни студове и вулканично изригване е сериозна пречка за живота, ако стуртианският период е продължил 56 милиона години. Същото важи и за „липсата на светлина в повърхностния океан и силно ограниченото снабдяване с хранителни вещества“.

Но ако вместо това е имало повтарящи се цикли на заледяване и затопляне, тези бариери, макар и все още да съществуват, не са толкова сериозни.

„В сценария с ограничен цикъл, биосферата би трябвало да съществува само през по-кратки периоди „снежни топки“ – само отняколко милиона години. Тези „снежни топки“ са достатъчно кратки, че дори при липса на фотосинтетично производство на кислород, атмосферният резервоар за O2 би могъл да съществува, без да е напълно изчерпан“, обясняват авторите.

Тази фигура от изследването показва „Еволюцията на атмосферния кислороден запас по време на ограничния цикъл на „снежните топки“, както е обяснено от авторите. p02 описва изобилието на кислород в атмосферата, а PAL означава „Настоящо атмосферно ниво“, което за кислорода е 21%. Фигурата показва как достатъчно количество кислород би могло да се запази в атмосферата, ако моделът на ограничния цикъл на авторите е правилен. Кредит: Minsky et al. 2026 PNAS

Ако периодите на пълно заледяване на Земята са билиа прекъсвани многократно от по-топли периоди, атмосферата нямаше да е с изчерпан кислород.

„Това би могло да помогне да се обясни как аеробният живот е оцелял през такъв екстремен интервал“, коментира водещият автор Мински в прессъобщение .

Ако Земята е преминала през глобални заледявания, пресяващи се с по-топли периоди, това би могло да се случи и с други екзопланети. Така че тези резултати, които до голяма степен обясняват как животът е оцелял след тези студени периоди, биха могли да помогнат на учените да разберат и нарастващия брой екзопланети.

„И накрая, обсъжданият тук механизъм има потенциално наблюдаеми последици за по-общото разбиране кога могат да се появят повтарящи се епизоди на „снежна топка“ върху екзопланети, подобни на Земята“, заключават авторите.

Справка: C. Minsky,R. Wordsworth,D.T. Johnston, & A.H. Knoll, Repeated snowball–hothouse cycles within the Neoproterozoic Sturtian glaciation, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (19) e2525919123, https://doi.org/10.1073/pnas.2525919123 (2026).