Kiedy na Ziemi było najzimniej? Wcale nie w epoce mamutów
Mamuty, niedźwiedzie jaskiniowe, śnieg i czoło lodowca dochodzące do południowej Polski – wydawać by się mogło, że to ostatnia epoka lodowcowa, która kończyła się nieco ponad 10 tys. lat temu, była najzimniejsza w dziejach Ziemi. Nie mogła się ona równać z epokami, gdy zamarzała cała Ziemia, od bieguna po biegun.
Dokładne oszacowanie temperatur, jakie panowały na Ziemi w poszczególnych jej okresach, nie jest łatwe. W grę wchodzą tylko dowody pośrednie i poszlaki, za pomocą których paleoklimatologowie odczytują możliwe okresy pod kątem temperatury. I dzięki którym dowiadują się o epokach lodowcowych.
Kiedy na Ziemi było najzimniej?
Wbrew pozorom bowiem zlodowaceń mieliśmy wiele, a ostatnie wcale nie było najpotężniejsze. Mówimy o zlodowaceniu plejstoceńskim, które z przerwami zwanymi interglacjałami trwało od około1 mln lat temu do 11-12 tys. lat temu.
To w tym okresie Ziemię przemierzały mamuty, niedźwiedzie jaskiniowe, nosorożce włochate i inne zwierzęta, które były przystosowane do życia w surowym klimacie. Surowym, ale zdatnym do życia. Tymczasem w dziejach Ziemi mamy okresy, gdy życie niemal zupełnie zamierało z powodu potężnych zlodowaceń planety.
Lód powie nam sporo o zlodowaceniu
Poszlaki, którymi posługują się badacze paleoklimatu w sporej mierze opierają się na... lodzie. Tym współczesnym, który często ma wiele lat. Rdzenie lodowe są jednym z najbogatszych źródeł danych o klimacie z ostatnich kilkuset tysięcy lat, ze względu na to, że można przy ich pomocy szacować zarówno temperaturę, jak i opady oraz aktywność wulkaniczną.
To one skrywają nawet uwięzione bąbelki powietrza z dawnych epok, pozwalają oszacować skład atmosfery i udział gazów cieplarnianych. One także zachowują w dobrym stanie wyziewy wulkaniczne jak pyły i aerozole. Za pomocą tych rdzeni da się oszacować aktywność wulkaniczną danej epoki. W lodzie zawierają się pyłki roślin. Z kolei sama grubość lodu wskazuje na spadek bądź wzrost temperatury i liczbę opadów.
Sam lód nie jest w stanie jednak dać nam odpowiedzi na pytanie, jak niska była temperatura miliony lat temu. Do tego najlepiej nadają się badania izotopowe, zwłaszcza trwałych izotopów tlenu i węgla. Im większe były niegdyś pokrywy lodowe, tym wyższe znajdziemy stężenie ciężkich izotopów w wodzie i szczątkach oceanicznych. A zawartość izotopów w szczątkach roślin i zwierząt zależy również od temperatury danej epoki.
Paleoklimatologowie korzystają także z stosunku lipidów w bonach komórkowych pierwotnych bakterii, z budowy skamieniałych roślin np. słojów drzew, wyglądu i funkcjonalności liści, wreszcie anatomii zwierząt. Wskazówką jest też wysokość poziomu morza.
Rozpoczęty pół wieku temu projekt CLIMAP (Climate: Long range Investigation, Mapping, and Prediction) odtworzył temperaturę powierzchni oceanów w czasie maksimum ostatniego zlodowacenia. Korzystał z obliczeń występowania różnych gatunków planktonu, zachowanego w oceanicznych osadach w połączeniu z warunkami środowiskowymi, jakich wymagał.
To nadal nie są dowody bezpośrednie, ale pozwalają oszacować średnią temperaturę na Ziemi. Dzięki temu wiemy, że ostatnia epoka lodowcowa w plejstocenie bynajmniej nie byłą najzimniejszym okresem w dziejach planety. W tej epoce średnia temperatura na świecie wahała się około 6 stopni Celsjusza poniżej poziomu początku następującego po niej holocenu, co pokazuje jak gigantyczne znaczenie ma wzrost czy spadek średniej temperatury chociażby o kilka stopni.
A z takim zjawiskiem mamy do czynienia teraz, podczas globalnego ocieplenia.
Pięć wielkich epok lodowcowych w dziejach Ziemi
Naukowcy odnotowali pięć znaczących epok lodowcowych w historii Ziemi: hurońską (2,4-2,1 miliarda lat temu), kriogeniczną (850-540 milionów lat temu), andyjsko-saharyjską (460-430 milionów lat temu), Karoo (360-260 milionów lat temu) ) i plejstoceńską, poszatkowaną przez interglacjały. W ciągu ostatniego miliona lat miało miejsce około tuzina dużych zlodowaceń, z których największe osiągnęło szczyt 650 tys. lat temu i trwało 50 tys. lat. Ostatni okres zlodowacenia, często nazywany po prostu "epoką lodowcową", osiągnął szczyt około 18 tys. lat temu i ustąpił miejsca interglacjalnej epoce holocenu 11 700 lat temu.
Epoka hurońska wiązała się z tzw. katastrofą tlenową na Ziemi, gdy pierwsze organizmy przeprowadzające fotosyntezę produkowały też metan. Dopiero uwięzienie większych ilości węgla w organizmach żywych i ich szczątkach spowodowało znaczący wzrost ilości tlenu w atmosferze, co wywołało powstanie warstwy ozonowej ograniczającej proces reakcji tlenu z metanem. Dwutlenek węgla wyparł metan i stał się wiodącym gazem cieplarnianym. Wtedy zawartość tlenu w powietrzu podskoczyła, ale wcześniej Ziemia zamarzła. Skały ze śladami zlodowaceń z tego okresu znajduje się na wszystkich ówczesnych szerokościach geograficznych.
Zobacz również:
To właśnie ten okres został określony mianem the Snowball Earth. Twórcą tego pojęcia "Ziemi jako kuli śnieżnej" był John Kirschvink. Opisywało ono planetę zamarznięta w całości i przypominającą śnieżkę, bez skrawka pozbawionego zlodowacenia. A zatem zjawisko przy którym epoka lodowcowa z czasów mamutów to betka.
Naukowcy uważają, że Ziemia zamieniła się w kulę śniegową nie tylko ponad 2 miliardy lat temu, ale kilkukrotnie.
Ziemia jako wielka kula śniegowa
Taki okres, być może najzimniejszy w dziejach planety, miał miejsce między 800 a 540 milionami lat. Jasne jest, że wtedy cała Ziemia pokryła się lodową i śnieżną czapą. Pozostaje pytanie, jak dużą. Badacze są zdania, że warstwa lodu skuwającego wtedy Ziemię mogła sięgać kilometra, także na równiku i jedynie oceaniczne głębie pozostały niezamarznięte. Dopiero ustąpienie tych lodów rozpoczęło erę paleozoiczną, okres kambru i rozkwit życia na Ziemi.
Geolodzy zidentyfikowali dwa ogromne zlodowacenia w okresie neoproterozoiku: sturcjańskie (około 720 do 660 milionów lat temu) i marinojskie (około 640 do 635 milionów lat temu). Warstwy skalne z tego okresu wykazują dowody najbardziej ekstremalnych zlodowaceń, jakie znaleziono dotychczas w zapisie geologicznym.
W tym okresie minimum dwukrotnie planeta zamarzała głęboko, a większość promieniowania cieplnego Słońca zostawała odbita z powrotem w przestrzeń kosmiczną przez lodową powierzchnię. Średnia, podkreślmy, średnia temperatura spadła wtedy do -50 stopni Celsjusza.
To głębokie zamarznięcie Ziemi określane jest czasem jako epoka neoproterozoiku. Czy cokolwiek wtedy żyło na Ziemi? Otóż tak, chociażby fauna ediakarańska z najstarszymi znanymi organizmami wielokomórkowymi. To także z tej epoki lodowcowej kriogenu pochodzą najstarsze znane ślady gąbek. Życie radziło sobie w każdej sytuacji.
