Породы неопротерозойского возраста (850–635 млн лет) в Северной Канаде. Эти отложения сформировались во время глобального оледенения. Фото с сайта clasticdetritus.com

Совместными усилиями канадских и американских ученых получены уточненные датировки ледниковых отложений неопротерозойских пород — 850–635 млн лет. Новые данные позволили сопоставить возраст различных неопротерозойских отложений и обрисовать картину нескольких глобальных похолоданий, которые превращали нашу планету в сплошной ледяной шар.

На этой схеме показан суперконтинент Родиния, существовавший до неопротерозоя; также обрисованы континентальные плиты, на которые Родиния начала раскалываться около 850 млн лет назад. Этот процесс продолжался в течение всего непротерозоя. Карта с сайта genetologisch-onderzoek.nl

Около миллиарда лет назад на планете существовал единый суперконтинент — Родиния (Rodinia), от русского слова Родина. 850–800 млн лет назад Родиния начала раскалываться на отдельные блоки. Эти блоки составляют основу современных материковых плит, и их движение и взаиморасположение определяет географию прошедших эпох.

Раскол суперконтинента был сопряжен с не менее колоссальными и грандиозными перестройками всей планеты. Планету буквально бросало то в жар, то в холод — Земля то разогревалась, то покрывалась сплошной ледяной корой. Не случайно эта эпоха называется Криоген («родина льда») — это было время самых масштабных оледенений. На фоне этих планетарных потрясений появлялись и вымирали разнообразнейшие живые системы — целые сообщества невиданных доселе микроорганизмов. Многие из них не поддаются современной интерпретации, в других узнаются амебоидные животные, красные и зеленые водоросли, предки диатомовых водорослей и др. Неопротерозой отграничивает начало расцвета эукариотических микроорганизмов, хотя более чем вероятно, что появились они раньше. Ясно, что неопротерозойская эпоха во многом определила облик живой планеты, доставшейся нам, кайнозойским жителям, в наследство.

Чтобы понять сущность и механизмы неопротерозойских трансформаций, нужно для начала выстроить события в последовательный временной ряд. Для этого необходимо как можно точнее определить время формирования различных отложений, относящихся к этой ключевой эпохе. В рамках данной задачи группа канадских и американских ученых из Гарвардского, Бойсовского и Принстонского университетов, Геологической службы Канады и Вашингтонского университета в Сент-Луисе получила датировки слоев непротерозойского возраста.

Использовался метод высокоразрешающей изотопной масс-спектрометрии по U-Pb (U-Pb isotope dilution- thermal ionization mass spectrometry). Геологи взяли образцы пород в горах Огилви на Аляске (Ogilvie_Mountains) и на острове Виктория (Victoria Island) на северо-востоке Канады. Эти точки представляют собой края непрерывного пояса неопротерозойских отложений в полторы тысячи километров, протянувшегося с запада на восток североамериканского континента. Ученые отобрали для определения всего четыре образца, но их оказалось достаточно, чтобы совместить по времени весь пояс характерных горных пород.

Палеореконструкция: три события непротерозойских оледенений — Bitter Springs, Стертовское и Мариноанское — на фоне изотопной кривой 13C. Данные по изотопам изображены разноцветными точками, которые соответствуют отложениям из разных регионов (врезка внизу). Оледенения показаны голубым цветом, а зелеными тонкими линиями — полученные датировки. Справа на графике наложено распространение во времени различных групп микроорганизмов. Рисунок из статьи в Science

Естественно, для этого потребовалось привлечь и другие геохимические данные, главным образом по изотопному составу углерода. Изотопный состав углерода указывает на климат планеты — теплый он был или холодный. Также важно было учесть геологическую и минералогическую последовательность этих древнейших обнажений. Оба этих блока данных дают подсказку, каким образом и в каких условиях формировались древние толщи. Так, деформации слоев, сложенных изначально из мягких осадков, перекрытых отложениями ледникового генезиса, свидетельствуют о том, что донный грунт был некогда смят огромным весом ледника. Из этого, очевидно, следует, что океан в этом месте промерзал до дна. Но север американского континента, как можно увидеть на приведенной палеореконструкции, располагался в экваториальном поясе. Если все подобные ледниковые метки окажутся одинаковыми по возрасту, значит планета какое-то время была вся покрыта снегом и льдом. Если же это единичный симптом «экваториального» оледенения, то целесообразнее искать ошибку определения палеошироты или возраста или переосмысливать признаки ледниковых слоев.

Три исследованных образца показали возраст от 717,4 до 716,4 млн лет, а один — 811,5 млн лет. Если расположить их на соответствующих разрезах, то все отложения североканадского неопротерозойского пояса выстроятся в непротиворечивом порядке. Динамика изотопного состава также становится более или менее единообразной.

Самая древняя из полученных датировок приходится на начало неопротерозоя и маркирует начало первого глобального оледенения, произошедшего примерно 800 млн лет назад. Изотопные кривые из разных разрезов также указывают на глобальный характер оледенения. Следующий цикл похолоданий привел к тому, что 717,4 млн лет назад граница ледников достигла тропиков (30–40° ю. ш.). Оледенение развивалось сравнительно быстрыми темпами — чтобы промерзнуть до самого экватора земле потребовалось «всего» около миллиона лет. Столь быстрое расползание ледяного покрова вполне соответствует модельным представлениям. Согласно этим представлениям, если ледники достигают тропиков, то альбедо резко увеличивается, за счет этого температура снижается, обратная связь между площадью ледников и температурой на планете ускоряет процесс похолодания, в результате планета быстро превращается в снежный шар.

По-видимому, именно это и произошло в середине неопротерозоя, во время так называемого Стертовского (Sturtian) оледенения. Геологические слои возрастом 635 млн лет позволяют обозначить еще одно глобальное оледенение — Мариноанское. Это последнее было изучено и датировано раньше, именно оно послужило основой для развития так называемой гипотезы Snowball Earth — «Снежный шарик» (мне такой перевод импонирует больше, чем традиционный дословный вариант «Снежок»). Результаты новых датировок показывают, что неопротерозой был временем либо очень долгого глобального оледенения, либо глобальные похолодания сменялись один другим, чередуясь с периодами более теплого климата.

Калибровка временной шкалы позволила более аккуратно соотнести по времени находки с микрофоссилиями. Получилось, что большинство микробиот развивались после оледенения, имевшего место 800 млн лет назад. На это время приходятся бесспорные свидетельства существования красных и зеленых водорослей, амебоидных животных и миксомицетов, простейших из группы Rhizaria. В отложениях между Стертовским и Мариноанским ледниковыми событиями ископаемых остатков микробиот не найдено. Относительно разнообразные микрофоссилии появляются в породах возрастом около 600 млн лет.

Ученые пока не могут интерпретировать отсутствие ископаемых остатков на таком большом временном интервале. Либо живые организмы в течение полутора миллионов лет были очень малочисленны и переживали неблагоприятные условия в немногих относительно подходящих местообитаниях, либо они были разнообразны и многочисленны, но ученые не могут найти их в немногих изученных отложениях соответствующего возраста. Однако теперь все находки — и прошлые, и будущие — получат более или менее надежные датировки, а это, пожалуй, самое узкое место в эволюционных построениях, касающихся древнейших этапов эволюции на нашей планете.

Источник: Francis A. Macdonald, Mark D. Schmitz, James L. Crowley, Charles F. Roots, David S. Jones, Adam C. Maloof, Justin V. Strauss, Phoebe A. Cohen, David T. Johnston, Daniel P. Schrag. Calibrating the Cryogenian // Science. 2010. V. 327. P. 1241–1243.

Елена Наймарк