II.Katastrofos. “Sniego Gniūžtės“ planeta

Žemės planeta gimė 4,5 milijardo metų atgal. Sunku įsivaizduoti tokį ilgą laiko tarpą. Kad geriau parodyti įvykių perspektyvą galim visą gausią Žemės istoriją iki dabar suspausti į 24 val paros laikrodžio laiką.
Tokiu būdu po 2 min į Žemę įsirėžė atkeliavusi iš kosmoso kita proplaneta.  Iš susidūrimo nuolaužų susiformavo Mėnulis. Ketvirtą ryto atsirado pirmoji primityvioji gyvybė. Sekančius 3 mlrd metų bakterijos apsigyveno visuose okeanuose. Apie 8 val kontinentus supo vandenynai ir seklios jūros kuriose jau visur kirbėjo paprasčiausios bakterijos.

8 val 27 min vakaro t.y. 650 mln metų atgal įvyko katastrofa – temperatūra nukrito žemiau nulio, Žemė užšalo ir paviršius tapo “sniego gniūžte“ .  Vos užgimusi gyvybė atrodė tuoj žus. Ledais sukaustyta žemė egzistavo net 25 mln metų. Šis periodas dar vadinamas Kriogeniu. Vis tik kai kurie mikroorganizmai išgyveno ir padarė milžinišką šuolį planetos istorijoje, nes evoliucionavo naujomis formomis ir naujoje aplinkoje, kurias mes dabar žinom ir kuriose mes dabar esam.
Kodėl taip atsitiko ir kaip pavyko mokslininkams tai sužinoti ? Juk neliko senųjų ledynų. Bet liko kitų pėdsakų, paslėptų tolimuose mūsų planetos užkampiuose ir liudijamčių apie tai.
Viena tokių – Australijos karščiausi kalnagūbriai su šalčiausio planetos periodo pėdsakais. Didžiūliai plotai buvo tyrinėjami tame tarpe ir iš oro. Atitinkamuose uolienų sloksniuose užrašyta planetos geologinė istorija, kurią tik reikėjo mokėti perskaityti. Čia rasti akmenys, kuriuos galėjo atnešti tik ledynas, egzistavęs 650 mln metų atgal.
Kaip pernešami ledynais akmenys tyrimai atlikti Aliaskoje. Jie kaip buldozeriai nugremžia viską iš ledyno pagrindo ir nuneša net didesnius už autobusą akmenis į slėnį net už tūkstančių kilometrų.
Australijos Flinderso kalnagūbrio akmenys liudija, kad Australija tais laikais buvo arčiau pietų poliaus ir akmenys atnešti iš ten.

Mirties slėnyje  pietvakarių Amerikoje irgi yra atitinkami akmenys su pėdsakais, liudijančiais tą istorijos laikotarpį. Magnetiniai tų akmenų tyrimai tiksliai nurodo iš kur atnešti nagrinėjami akmenys. Mirties slėnyje rasti akmenys iš tropikų, o Australijoje – iš ekvatoriaus. Jei ekvatoriaus zona buvo po ledu, tai ir visa Žemė buvo. Tai buvo pats didžiausias ledynmetis.

Ledynmečiai Žemėje įvyksta maždaug kas 100 tūkst metų, bet nesiekia ekvatoriaus (kaip įvyko 650 mln metų atgal). Tai įvyksta dalinai dėl Žemės orbitos pasikeitimų. Kas dar įtakojo tokį pasikeitimą ? Pasirodo kalta buvo atmosfera – tiksliau jos anglies dvideginis  . Nuo jo kiekio priklauso visos planetos temperatūra.
Tais laikais egzistavo vienas ekvatorinis drėgnasis superkontinentas, nebuvo tokios gyvosios dangos kaip dabar, kuri sureguliuoja dvideginio kiekį dabar ir anglies dvideginis buvo lietumi išplautas iš atmosferos į vandenynų nuogulas. Savo ružtu tuomet plačiai egzistavusios vandenyno Melsvabakterės  (lot. Cyanobacteria) dar daugiau padidino dvideginio sumažėjimą ir pernešimą į nuogulų uolienas, kurias dabar nagrinėja mokslininkai. Tos bakterijos vos nesunaikino pačios savę. Be to didelę įtaką padarė ledas, kuris daug labiau atspindi saulės spindulius (85 %) nei kontinentas ar vandenynas (keli %) ir taip pat sumažino tų laikų planetos temperatūrą. Buvo pereita riba, kai jau nėra kelio atgal – negrįžtamas procesas. Mokslininkų paskaičiuota, kad jei ledynas padidėja toliau už 30 laipsnių platumos, tai iššaukia dar didesnį saulės atspindėjimą, šaltį, ledyno didėjimą ir negrįžta atgal.
Tuo laiku vienalasčiams vandenyno organizmams beliko pasirinkimas žūti ar prisitaikyti prie naujų sąlygų. Aliaskos ledynų mikrobiologai tyrinėjo gyvybės požymius iš pirmo žvilgsnio negyvenamuose ledynų tyruose ir olose bei kaip šie mikroorganizmai galėjo išgyventi didžiausio ledynmečio metu. Tokie organizmai vadinami eksrtamofilais.
Rastos bakterijos, kurioms nereikia saulės šviesos – gali pasiimti energijos iš uolienų. Melsvabakterės pasižymi prisitaikomumu prie labai ekstremalių ledyno sąlygų. Tai ir išgelbėjo šiuolaikinę gyvybę.
Gaunasi kad jei įvyksta baisus kataklizmas, šios ir panašios bakterijos prisitaiko prie naujų sąlygų ir duoda pradžią naujų gyvybės formų vystymuisi.

Kad toliau gyvybės formos vystytusi, reikėjo kažko, leidžiančio išeiti iš negrįžtančio ledyninio proceso. Kas tai buvo prieš 650 mln metų ? Atsakymas randasi Žemės gelmėse, kurios jėga leido prasiveržti pro ledynų dangą.
Aliaskos ugnikalnių tyrimai davė atsakymą. Tai prasiveržiančių pro ledyną ugnikalnių anglies dvideginio dujos. Tūkstančiai ugnikalnių galėjo pakeisti atmosferą ir gražinti temperatūrinį balansą į palankų gyvybei klimatą. Taip baigėsi 25 mln metų trukmės ledynmetis. O per sekančius tris mln metų trunkantis šiltas klimatas įtakojo milžiniškam gyvybės evoliucijos  šuoliui, nepanašiam nė į jokį kitą buvusi ir būsimą evoliucijos šuolį.
Tokiu būdu šis ledynmetis netapo gyvybės katastrofa o tapo atrama nepapprastam gyvybės šuoliui sukurusiam šiuolaikinę gyvybę. O lemiamai reikšmei šiems pokičiams padarė deguonis. Iki ledynmečio atmosfera turėjo tik apie 1% deguonies – per mažai sudėtingesniems organizmams. O po ledynmečio pakilo iki 21%. Mat ilgo ledynmečio metu saulės ultravioletiniai spinduliai reagavo su ledo vandens molekulėmis ir suformavo vandenilio peroksidą. Ledyno atšilimo metu jis skilo, išleido didžiūlį deguonies kiekį į atmosferą ir vandenynus, kuris kaip kuras užvedė gyvybės ir evoliucijos variklį. Iš vienalasčių susiformavo daugialasčiai bei gyvūnų karalystės. Šią evoliuciją atspindi aukščiau minėtų kalnų uolienose randami pėdsakai.
Šis ledynmetis suformavo sąlygas gyvybės šuoliui iš paprastų į sudėtingas organizmų formas. 3 mlrd metų egzistavusią primityvią gyvybę pakeitė daug sudėtingesnė. Jei ne tas ledynmetis, egzistuotų tik primityvi gyvybė ir mūsų nebūtų. Savo egzistavimu mes turime būti dėkingi buvusiai didžiausiai klimato katastrofai, kurios metu Žemė tapo “Sniego Gniūžte“.

Geologinė (tradicinė) laiko skalė

Geologinė laiko skalė
Geologic Clock with events and periods

Catastrophe TV series

Evoliucija

Evolutionwiki

Ledynmečiai ir klimatas

Per visą Žemės istoriją buvo mažiausiai keturi ledynmečiai. Pats pirmasis ir daugiau hipotetinis įvyko prieš 2300-2700 mln. metų ankstyvame proterozojuje.

Kitas ledynmetis, galbūt pats didžiausias, įvyko prieš 600-800 mln. metų (kriogenio periodas). Tuometinis superkontinentas Rodinija buvo uždengtas storu ledo sluoksniu, užšalo vandenynai. Šis Žemės vystymosi etapas dar vadinamas sniego gniūžtės etapu (pagal panašumą į sniego gniūžtę). Tesėsi apie 25 mln. metų, ledo sluoksnis siekė iki 2000m. Išeiti iš šios būsenos pavyko vulkanų pagalba, dėl padidėjusio anglies dvideginio. Tuomet per 3 mln. metų iš išlikusiu vienaląsčių išsivystė daugialąsčiai, kurie savo ruožtu išaugino atmosferos deguonies kiekį nuo 1% iki 30% ir įvyko gyvybės šuolis.

Kiek mažesnis ledynmetis vyko vėlyvojo ordoviko metu prieš 430–460 mln. metų. Didesni poliariniai ledynai buvo karbono ir ankstyvojo permo metu prieš 260-350 mln. metų.

Prieš 250 mln. metų baigėsi Sibiro vešlios augalijos ir akmens anglies klodų formavimosi periodas, nes gelmėse susiformavo branduolyje kaitintos magmos klodas, kuris išsiveržė į paviršių labai plačiu mastu, liejosi milijoną metų ir suformavo Sibiro plynaukštę. Lavų anglies dvideginis ir anglies klodų metanas apnuodijo žemės atmosferą bei vandenynus ir prasidėjo šiltnamio efektas, kuris nužudė beveik visą gyvūniją ir augaliją.

55 mln. metų atgal vandenynai atšilo ir iš jų dugno išsiskyrė ten užkonservuotas metanas, kuris dar labiau padidino šiltnamio efektą.
Tačiau prieš 50 mln. metų dėl kontinentų susigrūdimo iškilo Himalajų kalnai, kurie savo lietaus plaunamomis uolienomis sumažino anglies dvideginio kiekį.

Paskutinis ledynmetis pasibaigė daugmaž prieš 15 000 – 10 000 metų.

Geologai teigia, kad Himalajai toliau auga, nes Indija lenda po Azija jau 50 mln metų. Himalajų akmenys sugeria anglies dvideginį ir šaldo pasaulį. Dėlto buvo paskutinis ledynmetis prieš 2,5 mln metų. Pastebėtas dėsningumas, kad Himalajų augimas 50 mln metų laikotarpyje sutampa su pasaulio temperatūros mažėjimu.

Prieš 2 mln. metų susiformavo didžiuliai ledynai šiaurės Amerikoje, kurie tai užsitraukdavo tai atsitraukdavo.

3 – 4 km storio ledo sluoksnio ištirpimas galėjo pakelti vandenyno lygį apie 120 m.

Žr. priešistorės eros amžiai su paskutinio ledynmečio Europos ir Artimųjų Rytų žemėlapiu

Tūkstantmečiais vykusio temperatūros kitimo duomenų įvairių šaltinių grafikas:

Aiškiai matomas mažasis ledynmetis apie 1600 metus.

O štai temperatūros, anglies dvideginio ir dulkių koncentracijos kitimas tūkstantmečių bėgyje:

Ir temperatūros kitimai milijonų metų bėgyje:

Šiame grafike aiškiai matyti :
34 mln.m.atgal – Antarktidos ledyno gimimas;
25 mln.m.atgal – Antarktidos ledyno sumažėjimas;
13 mln.m.atgal – Antarktidos ledyno pakartotinas didėjimas;
apie 3 mln.m.atgal – pleistoceno ledynmečio pradžia, kai tai pasidengia, tai ištirpsta ledynais šiaurės pusrutulio dalis.

Anglies dvideginio koncentracijos mln.metų bėgyje:

Šių grafikų failai paimti iš Wikipedijos.