Zmieniająca się orbita naszej planety pomogła życiu przetrwać etap Ziemi śnieżki. A bogate w żelazo warstwy skalne zdeponowane podczas najbardziej ekstremalnej epoki lodowcowej na Ziemi mogą wyjaśniać obecność tlenu w oceanach.
Choć myśl o lodzie na równiku może być dla nas egzotyczna, a sama idea trudna do wyobrażenia, istnieją przekonujące dowody na to, że większość lądów i oceanów na Ziemi pokrywał niegdyś lód i śnieg. Ten okres w historii planety nazywany jest Ziemią śnieżką. Pod koniec prekambru Ziemia została całkowicie lub niemal całkiem pokryta lądolodem. Różne modele zakładają różny zasięg pokrywy lodowej, ale wszystko wskazuje na to, że było to zjawisko o charakterze globalnym.
Na zdjęciu: Ziemia śnieżka - wizja artystyczna. Źródło: NASA.
Skały Gór Flindersa w Australii Południowej zawierają liczne wskazówki na temat tej wielkiej epoki lodowcowej. Zanim siły tektoniczne wyniosły te góry z dna oceanu na wysokości zajmowane przez nie obecnie, lód lodowcowy najwyraźniej przenosił tam duże głazy na ogromne dystanse. Fakt, że głazy te zostały umiejscowione na obszarze położonym zaledwie kilka stopni od równika, może oznaczać tylko jedno: w pewnym momencie historii Ziemi lód zajmował również tak niskie szerokości geograficzne. Analizy tych skał wykazały dodatkowo, że te śnieżne warunki na Ziemi zaczęły się około 700 milionów lat temu i trwały prawie 60 milionów lat, kończąc się tuż przed największą eksplozją nowych form życia w historii planety.
Ale jedno pytanie dręczy specjalistów już niemal od wieku: w jaki sposób wczesne życie na Ziemi zdołało w ogóle przetrwać do tego momentu? Ówczesne oceany, ze swoimi masywnymi pokrywami lodowymi odcinającymi wodę od atmosfery, powinny mieć w tych czasach bardzo niewiele tlenu dla swoich (żywych) mieszkańców.
Niedawno międzynarodowy zespół naukowy zainteresował się bliżej warstwami skał osadowych bogatych w żelazo i krzemionkę, osadzonych w oceanie podczas etapu Ziemi śnieżki, znalezionych w pasmach ór Flindersa.
Na zdjęciu: Pasmowe formacje skalne. Naprzemienne warstwy bogate w żelazo (czerwone) i krzemionkę (białe). Źródło: University of Southampton
Spośród wszystkich skał typowych właśnie dla tej epoki są one jedynymi, jakie zapisały w sobie wiele informacji o tym, co się w niej właściwie wydarzyło – wyjaśnia Ross Mitchell, geolog z Chińskiej Akademii Nauk w Pekinie, autor badań, których wyniki opublikowano w Nature Communications.
Te warstwy skalne powstały właśnie wtedy, gdy lód morski skutecznie powstrzymywał wymianę tlenu między atmosferą a oceanem i umożliwiał gromadzenie się żelaza pochodzącego z podwodnych erupcji wulkanicznych w wodzie morskiej. Jednak pojawiające się tam okresowo warstwy krzemionki są dowodem na to, że w proces ten musiały być również zaangażowane napływy tlenu. Warstwy takie nie tworzą się, gdy ocean jest całkowicie odcięty od tlenu przez lód.
Aby zbadać, w jaki sposób tlen mógł przedostawać się do oceanu podczas etapu Ziemi śnieżki, naukowcy zmierzyli stopień namagnesowania warstw skalnych po ich wystawieniu na działanie pola magnetycznego. Odkryli, że cykliczność niewielkich zmian orbity Ziemi (znana jako cykle Milankovitcha) jest zgodna z czasem pojawiania się zmienności w tych naprzemiennie ułożonych warstwach skalnych.
Cykle Milankovitcha odnoszą się do okresowych zmian kształtu orbity Ziemi, łącznie z nachyleniem jej osi obrotu. Ekscentryczność orbity zmienia się m.in. z powodu interakcji z polami grawitacyjnymi Jowisza i Saturna. Cykle te zachodzą w ciągu dziesiątek tysięcy lat. Zmiany orbity ostatecznie wpływają na położenie Ziemi względem Słońca i ilość promieniowania słonecznego docierającego do jej powierzchni, co z kolei wpływa na klimat Ziemi. Jedną z możliwych interpretacji najnowszego odkrycia jest to, że właśnie cykle Milankovitcha powodowały przesuwanie się i cofanie pokrywy lodowej, zgodnie ze zmianami w ilości docierającego do Ziemi promieniowania słonecznego. To wyjaśniałoby, dlaczego pewne skały, jak te odkryte w Górach Flindersa, mają naprzemienną strukturę warstwową, z warstwami typowymi dla skał osadowych oraz depozytów lodowcowych.
Zgodnie z wnioskami z omawianych badań, warstwy skalnie musiały osadzać się podczas setek poszczególnych epizodów postępowania i wycofywania się lodowców, jakie zaszły na przestrzeni czterech milionów lat. Cofanie się lodu tworzyło obszary wolne od niego, umożliwiając tlenowi mieszanie się z oceanami, a w konsekwencji być może pozwalając na przetrwanie życia na dawnej, zlodowaciałej Ziemi.
Czytaj więcej:
Na zdjęciu: Polodowcowy kamień z porysowaną powierzchnią, której powstanie jest związane z ruchami pokrywy lodowej. Źródło: University of Southampton