Три четверти миллиарда лет назад Земля вошла в период нестабильности климата, невиданной ни до того, ни после. Началось все с сурового ледникового периода.

Ледники наложили несомненный отпечаток на осадочные породы. Прежде всего это толстые неровные слои характерных пород, именуемых тиллитами, сохранивших хаотическое смешение песка, гравия, грубообломочных фрагментов горных пород, равно как и очень тонкую пыль. Ледники также оставили после себя выглаженные обнажения коренных пород, исцарапанных и отполированных медленно ползущими пластами льда. Помимо беспорядочно разбросанных валунов и бугристых морен дополняют перечень доказательств оледенения варвиты – тонкослоистые отложения, образующиеся в результате сезонного поступления осадка в приледниковые озера.

По всему миру, почти всюду, где бы ни искали, полевые геологи обнаруживали признаки ледниковых отложений возрастом между 740 и 580 млн лет. Данные о резком изменении климата около 740 млн лет назад уже накапливались десятилетиями, когда Пол Хоффман в соавторстве с тремя коллегами из Гарварда и Университета Миннесоты опубликовал короткую, но возбудившую всеобщий интерес статью «Ледяная Земля в эпоху неопротерозоя» (Science, 28 августа 1998 г.). Хоффман с соавторами сформулировал весьма прогрессивную идею: за этот период Земля не просто дважды пережила оледенение, но и покрывалась льдом полностью, от полюсов до экватора. Их точка зрения основывалась на тщательных полевых исследованиях целого ряда разрезов осадочных толщ в районе Берега Скелетов в Намибии: мощные ледниковые тиллиты и палеомагнитные данные из них свидетельствуют о том, что ледники почти достигали экватора, доходя примерно до 12° широты. И это не были горные ледники, венчающие вершины: тиллиты накапливались в заведомо прибрежно-морских мелководных условиях, на уровне моря. Это означает, что климат вблизи экватора был очень холодный. По сравнению с ним в эпоху последнего ледникового периода ледники не продвигались южнее 45° северной широты, а характер окаменелостей указывает на наличие сравнительно теплой тропической зоны даже в самый пик оледенения. Гарвардская команда представила неопровержимые доказательства присутствия неопротерозойских ледников на уровне моря вблизи экватора. Следовательно, ледяной покров окутывал всю Землю.

Для многих читателей статьи Хоффмана 1998 г. неопровержимым доказательством внезапного и катастрофического изменения климата Земли послужили изотопы углерода. Миллионы лет до предположительного первого ледникового периода – т. е. более чем 740 млн лет назад – стремительный рост водорослевой биомассы способствовал накоплению легких изотопов углерода. Известняки, сформировавшиеся в это время в прибрежных водах вокруг распадавшейся Родинии, отличались наличием тяжелого углерода. Но если рост микроорганизмов замедляется или прекращается, в известняке должны появиться легкие изотопы углерода. Именно это и обнаружил Хоффман с коллегами: снижение доли тяжелого углерода более чем на 1 % непосредственно перед и сразу после появления ледниковых отложений около 700 млн лет назад.

На основе этого и была построена теория о том, что циклы положительной обратной связи обусловили все большее и большее похолодание на планете. Один из таких циклов зависел от континентального выветривания – процесса, характерного для теплых и влажных тропических зон, когда атмосфера теряет все больше и больше СО2. Другая обратная связь возникла, когда массовое произрастание водорослей забрало еще больше углекислого газа из воздуха. Пока парниковый эффект на планете ослаблялся и атмосфера охлаждалась, на полюсах начали формироваться и расти ледники. Эти белые ледяные покровы отражали солнечные лучи, создавая положительную обратную связь, в результате чего Земля охлаждалась все быстрее. По мере того как ледяной покров распространялся на более низкие широты, пока еще теплый экваториальный континент и плодородные водорослевые экосистемы продолжали поглощать углекислый газ из атмосферы во все большем количестве. Постепенно рушился климатический баланс планеты, достигнув критической точки, когда ледники с обоих полюсов придвинулись вплотную к экватору, угрожая полностью покрыть Землю льдом. Согласно самому неблагоприятному сценарию, выдвинутому Полом Хоффманом и его коллегами, Земля превратилась в сплошной «снежный ком», т. е. средняя температура на планете опустилась до -45 °C, а ледяной покров вырос до 1,5 км толщиной, полностью накрыв планету.

В течение миллионов лет Земля была покрыта льдом (или в лучшем случае снежной слякотью). Планета – «снежный ком» не могла поглощать солнечные лучи и, казалось, была обречена навеки остаться в ледяном коконе, поскольку температура постоянно сохранялась ниже нуля. Глобальное оледенение остановило развитие почти всех экосистем. Когда-то обильная микроорганизмами жизнь оказалась на грани полного исчезновения. Держались только самые выносливые и закаленные бактерии, которым удавалось выживать в течение миллиардов лет в абсолютной темноте на дне Мирового океана благодаря гидротермальным источникам. Другие островки жизни состояли из фотосинтезирующих водорослей, прижившихся в доступных солнечным лучам мелководных пространствах открытой воды, покрытой битым льдом, вблизи вулканических зон.

Как вообще удалось оправиться планете после глобальной, долгой и холодной зимы? Ответ следует искать в глубоких неумолимых процессах. Белоснежный ледяной панцирь не мог состязаться с глобальным движением тектонических плит; не мог он и противостоять бесконечным выбросам вулканических газов из сотен черных кратеров, выступавших над поверхностью льда. Двуокись углерода, основной вулканический газ, вновь начал заполнять атмосферу. Поскольку Земля была окутана ледяным покровом, процесс поглощения углекислого газа в ходе выветривания горных пород и фотосинтеза почти прекратился. Объем углекислого газа постепенно возрос до величин, невиданных уже более миллиарда лет, в несколько сотен раз превысив современный уровень CO2 в атмосфере, запустив новый цикл положительной обратной связи – пропавший было парниковый эффект. Солнечные лучи все еще рассеивались, отражаясь от ледяного покрова, но углекислый газ в атмосфере отбрасывал солнечную энергию обратно к поверхности, неуклонно нагревая планету.

Прогревание атмосферы вызвало таяние льда в экваториальной зоне впервые за много миллионов лет. Обнажившаяся темная почва поглощала солнечные лучи, тем самым ускоряя прогревание. По мере усиления положительной обратной связи между Солнцем и поверхностью Земли океаны также начали освобождаться от ледяного покрова. Земля становилась все теплее и теплее.