Зачем нужна геология: краткая история прошлого и будущего нашей планеты

Некоторые архейские осадочные породы обладают химическими свойствами, которые заставляют предположить, что океаны тогда были весьма теплыми: возможно, их температура превышала 50 градусов Цельсия. Если море было настолько горячим, то температура на суше должна быть еще выше. В этом суть упомянутого в главе 4 парадокса молодого слабого Солнца: во времена архея падавшая на Землю солнечная энергия составляла всего 75–80 % от нынешнего значения, а поэтому поверхностная температура должна быть ниже, а не выше современной. Единственное правдоподобное решение этой проблемы состоит в том, что концентрации углекислого газа и метана в атмосфере были настолько велики, что из-за такого парникового эффекта Земля была комфортно теплой (или даже некомфортно горячей). Как мы видели ранее, в бескислородных условиях архейской атмосферы уровень метана был, вероятно, очень высоким. Однако требовался точный баланс: если уровень метана поднимается слишком сильно, образуется метановая дымка. Идея атмосферного тумана из метана — не фантастика: именно такой дымкой окутан Титан, крупнейший спутник Сатурна^[46]. Если на архейской Земле уровень метана оказался бы достаточно высоким, то розовато-коричневый метановый туман блокировал бы солнечный свет, противодействуя парниковому эффекту.

В Южной Африке геологи обнаружили тип осадочных отложений, известный как «тиллит»: это конгломерат мелких и крупных обломков, а также мельчайших отложений, который обычно образован ледниками. Южноафриканскому тиллиту 2,9 миллиарда лет, и это единственное такое отложение времен архейского эона. На валунах тиллита видны царапины и следы истирания от ледников, и поэтому эти отложения стали считать свидетельством первого ледникового периода в истории планеты. Появилось предположение, что высокий уровень метана в архейской атмосфере сначала помогал сохранять тепло благодаря парниковому эффекту, но позже, когда образовалась быстро охладившая Землю метановая дымка, привел к ледниковому периоду.

Насколько мы можем судить, в конце архея и в начале протерозоя температура снова поднялась. Однако протерозой включал не один ледниковый период, и некоторые из них были исключительно суровыми (смотрите временную шкалу на рисунке 21). Первый (который на самом деле был несколькими последовательными холодными отрезками) случился между 2,45 и 2,2 миллиарда лет назад, вскоре после начала эона. Он известен как «гуронское оледенение» и, возможно, тоже был связан с метаном в атмосфере, хотя и не так, как его архейский предшественник.

Начало гуронского оледенения совпадает с описанной в главе 4 кислородной катастрофой — резким повышением содержания кислорода в атмосфере около 2,45 миллиарда лет назад. Почему кислород появляется в атмосфере именно в это время, в точности неизвестно, за исключением того, что это каким-то образом связано с фотосинтезом и эволюцией зеленых растений. Это повышение оказалось очень серьезным в относительном выражении, поскольку первоначальное содержание кислорода было практически нулевым, но в итоге количество кислорода составило всего лишь около 1 % (или даже меньше) от современного уровня. Однако этого было достаточно, чтобы резко уменьшить среднее время существования молекул метана в атмосфере (метан разрушается из-за окисления). Когда понизилась концентрация метана, уменьшилась эффективность парникового эффекта, поэтому упала и температура.

В течение того периода, который именуют гуронским оледенением, Земля не находилась в условиях ледникового периода постоянно: скалы из района Великих озер в Канаде содержат свидетельства трех четко различимых ледниковых периодов, разделенных более теплыми интервалами, и вполне вероятно, что их было еще больше. Об оледенении свидетельствуют скалы примерно того же возраста из Соединенных Штатов, Южной Африки и Финляндии: это говорит о масштабности ледников. Магнитные свойства некоторых пород, связанных с оледенением, указывают на их нахождение в относительно низких широтах; это признак того, что холод был сильным и, возможно, распространялся и на тропики. Один или несколько отрезков гуронского оледенения могли быть эквивалентны периодам Земли-снежка, которые настали позже, ближе к концу протерозойского эона.