Теперь ученые из Массачусетского технологического института, Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Калифорнийского университета в Беркли определили вероятный спусковой механизм для этих ледниковых периодов.
В исследовании, опубликованном в Science, команда сообщает, что каждому из трех последних крупных ледниковых периодов предшествовали тропические «столкновения дуги и континента» – тектонические скопления, которые произошли около экватора Земли, в которых океанические плиты поднимались над континентальными плитами. подвергая десятки тысяч километров океанических скал тропической среде.
Ученые говорят, что жара и влажность тропиков, вероятно, вызвали химическую реакцию между камнями и атмосферой. В частности, кальций и магний горных пород реагировали с атмосферным углекислым газом, вытягивая газ из атмосферы и навсегда улавливая его в виде карбонатов, таких как известняк.
По словам исследователей, со временем этот процесс выветривания, происходящий на миллионах квадратных километров, может вывести из атмосферы достаточно углекислого газа, чтобы снизить температуру во всем мире и, в конечном итоге, вызвать ледниковый период.
«Мы думаем, что столкновения дуги с континентом в низких широтах являются спусковым крючком для глобального похолодания», – говорит Оливер Ягуц, доцент кафедры Земли, атмосферы и планет Массачусетского технологического института. "Это может произойти на площади более 1–5 миллионов квадратных километров, что кажется большим. Но на самом деле это очень тонкая полоска Земли, расположенная в нужном месте, которая может изменить глобальный климат."
Соавторами Ягуца являются Фрэнсис Макдональд и Лоррейн Лизецки из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре, а также Николас Суонсон-Хизелл и Юем Парк из Калифорнийского университета в Беркли.
Тропический триггер
Когда океаническая плита сталкивается с континентальной плитой, столкновение обычно создает горный хребет из недавно обнаженных пород.
Зона разлома, по которой сталкиваются океаническая и континентальная плиты, называется «шовной»."Сегодня некоторые горные хребты, такие как Гималаи, содержат швы, которые мигрировали из своих первоначальных точек столкновения, поскольку континенты сместились за тысячелетия.
В 2016 году Ягуц и его коллеги проследили движение двух швов, которые сегодня составляют Гималаи.
Они обнаружили, что оба шва возникли в результате одной и той же тектонической миграции. Восемьдесят миллионов лет назад, когда суперконтинент, известный как Гондвана, двинулся на север, часть суши столкнулась с Евразией, обнажив длинную полосу океанических скал и образовав первый шов; 50 миллионов лет назад в результате очередного столкновения суперконтинентов образовался второй шов.
Команда обнаружила, что оба столкновения произошли в тропических зонах около экватора и оба предшествовали глобальному похолоданию атмосферы на несколько миллионов лет, что почти мгновенно в геологической шкале времени. Изучив скорость, с которой обнаженные океанические породы, также известные как офиолиты, могут реагировать с углекислым газом в тропиках, исследователи пришли к выводу, что, учитывая их расположение и величину, оба шва действительно могли улавливать достаточно углекислого газа, чтобы охладить атмосферу и запустить оба ледниковых периода.
Интересно, что они обнаружили, что этот процесс, вероятно, был ответственен за прекращение обоих ледниковых периодов. За миллионы лет океаническая порода, которая могла вступить в реакцию с атмосферой, в конечном итоге разрушилась, заменив ее новой породой, которая потребляла гораздо меньше углекислого газа.
«Мы показали, что этот процесс может начинать и прекращать оледенение», – говорит Ягуц. "Тогда мы задались вопросом, как часто это работает? Если наша гипотеза верна, мы должны обнаружить, что каждый раз, когда происходит похолодание, в тропиках остается много швов."
Открытие швов Земли
Исследователи попытались выяснить, были ли ледниковые периоды еще в более далекой истории Земли связаны с аналогичными столкновениями дуги и континента в тропиках. Они провели обширный литературный поиск, чтобы составить расположение всех основных шовных зон на Земле сегодня, а затем использовали компьютерное моделирование тектоники плит, чтобы реконструировать движение этих шовных зон, а также континентальных и океанических плит Земли в прошлом. Таким образом, они смогли приблизительно определить, где и когда изначально образовался каждый шов, и как долго каждый шов растягивался.
Они определили три периода за последние 540 миллионов лет, когда в тропиках образовались основные швы протяженностью около 10 000 километров.
Каждый из этих периодов совпал с каждым из трех основных хорошо известных ледниковых периодов: позднего ордовика (455-440 миллионов лет назад), пермо-карбона (335-280 миллионов лет назад) и кайнозоя (35 миллионов лет назад). назад по сегодняшний день). Важно отметить, что они обнаружили, что не было ледниковых периодов или оледенений в периоды, когда основные зоны швов формировались за пределами тропиков.
«Мы обнаружили, что каждый раз, когда в зоне швов в тропиках наблюдался пик, происходило оледенение», – говорит Ягуц. "Итак, каждый раз, когда у вас, скажем, 10000 километров швов в тропиках, вы получаете ледниковый период."
Он отмечает, что основная зона швов протяженностью около 10 000 километров все еще активна в Индонезии и, возможно, является причиной нынешнего ледникового периода на Земле и появления обширных ледниковых щитов на полюсах.
Эта тропическая зона включает в себя одни из крупнейших офиолитовых тел в мире и в настоящее время является одним из наиболее эффективных регионов на Земле для поглощения и связывания углекислого газа. Поскольку глобальные температуры повышаются в результате антропогенного углекислого газа, некоторые ученые предложили измельчить огромное количество офиолитов и распределить минералы по экваториальному поясу, чтобы ускорить этот естественный процесс охлаждения.
Но Ягуц говорит, что измельчение и транспортировка этих материалов может привести к дополнительным, непреднамеренным выбросам углерода.
И неясно, могут ли такие меры оказать какое-либо существенное влияние на нашу жизнь.
«Это вызов – заставить этот процесс работать в человеческом масштабе времени», – говорит Ягуц. "Земля делает это в ходе медленного геологического процесса, который не имеет ничего общего с тем, что мы делаем с Землей сегодня. И это не навредит нам и не спасет."