Рис. 16.2 Ледниковые тиллы: диамиктит формации Элатина (поздний докембрий). Фото предоставлено Полом Хоффманом (Paul Hoffman)

Харланд продемонстрировал больше, чем просто наличие древних ледников. Он указал, что многие верхнедокембрийские ледниковые отложения оказались зажатыми между слоями известняка. Это более чем удивительно, потому что в наши дни известняки образуются только на теплых тропических или субтропических мелководьях – в районах Багам, Флориды, Юкатана, Персидского залива и южной части Тихого океана. Если бы такой сэндвич из ледниковых отложений и известняков образовался в результате современных процессов, это должно было бы происходить в тропиках и на уровне моря. Сегодня известно несколько мест с тропическими ледниками (например, вершина горы Килиманджаро в Кении или Перуанские Анды), но эти ледники находятся высоко в горах. Тропические ледники на уровне моря кажутся нереальным явлением, однако данные Харланда были неопровержимы. Но если тропики покрыты льдом, то оледенеть должны и полюсы – а потому и вся планета в позднем докембрии.

Харланд дополнительно подкрепил свои выводы данными палеомагнетизма. Он стал одним из первых ученых, измеривших направления магнитных линий в древние времена: они зафиксировались в горных породах на момент их образования и могут сказать нам, на какой широте сформировался данный комплекс материалов. Палеомагнитные направления для всех этих горных пород Шпицбергена, Гренландии и Норвегии доказывали их тропическое или субтропическое расположение в докембрии, поэтому сэндвич известняк – тилл – известняк нельзя было считать какой-то случайностью. Палеомагнитные данные из Австралии в то время были не очень надежными, однако более поздние анализы показали, что моусоновские докембрийские сэндвичи ледниковых отложений и известняков находились прямо на экваторе. Но если у нас есть неоспоримые доказательства существования льда в тропиках на уровне моря, то, очевидно, в ту эпоху происходило нечто странное.

Снежок появляется

В 1960-х и 1970-х гг. многие геологи все еще не знали, что делать с данными и аргументами Моусона и Харланда, поскольку казалось совершенно невероятным, чтобы Земля могла промерзнуть вплоть до экватора. Несмотря на все подтверждения, ученые склонялись к отказу от этой идеи, потому что многие не были уверены в надежности палеомагнитных данных. Кроме того, вполне можно представить себе не столь экстремальные сценарии, то есть такие, в которых переход от известняка к ледниковым отложениям происходил в какой-либо локальной области, а мир целиком не замораживался. Труднее всего было вообразить, как вся планета могла полностью замерзнуть. Каким образом Земля могла так быстро перейти от теплого тропического известнякового мира к тропическому оледенению, а затем вернуться обратно от ледниковых отложений к тропическим известнякам?

Ответ на этот вопрос пришел с неожиданной стороны, а именно из области моделирования климата. В 1969 г. геофизик Михаил Будыко из Ленинградской геофизической обсерватории[64] опубликовал статью, в которой показал, как легко может замерзнуть планета, когда ледяной щит начнет расти. Он указал на хорошо известный климатический эффект, известный как обратная связь лед – альбедо. Термин «альбе́до»[65] – просто изящное слово для обозначения отражательной способности поверхности. Если вы когда-нибудь катались на лыжах или сноуборде, то знаете, что снежный или ледяной покров отражает большую часть падающего на них солнечного света; говорят, что у них высокое альбедо. Поэтому вам нужны хорошие защитные очки, которые ослабляют яркость света, пропуская его через затемненные линзы. Напротив, темные поверхности (например, леса или открытый океан) поглощают гораздо больше солнечного света, а отражают его мало.

Система обратной связи лед – альбедо крайне чувствительна к небольшим изменениям, которые могут очень быстро превратить замороженное состояние в такое, где льда нет, и обратно. Например, предположим, что поверхность Земли покрыта льдом, поэтому у нее высокое альбедо и она отражает основную часть солнечной энергии. Пусть планета начинает слегка нагреваться. Тогда ледяной покров немного растает, обнажая участки темной земли и воды. Они начнут поглощать больше солнечного света и выделять тепло, которое станет еще больше растапливать лед. Таким образом, произойдет процесс с положительной обратной связью, который в конечном итоге за очень короткое время растапливает лед. Теперь давайте представим, что планета, наоборот, в основном темная, но выдались несколько холодных зим, и в результате снег и лед задерживаются несколько дольше. Увеличившийся ледяной покров отражает больше энергии обратно в космос, и Земля становится прохладнее; поэтому в следующие зимы появляется еще больше снега и льда, и ледяной щит разрастается. Не успеете оглянуться, как система снова окажется в ледниковом периоде.

Хотя ученые знали, что альбедо – ключевая характеристика полярных регионов, и объяснили, почему эти территории так чувствительны к небольшим изменениям глобальной температуры, Будыко пошел дальше. Он показал возможность «ледяной катастрофы»: если у вас есть хотя бы небольшой ледяной щит в субтропических или тропических широтах, то обратная связь может заработать на полную мощность и быстро заморозить всю планету. Единственная проблема в этой модели заключалась в следующем: как разморозить планету, когда она полностью застыла и когда ее альбедо так велико, что большая часть поступающей энергии отражается обратно в космос. Скованный стужей отражающий ледяной шар – это тупик, и разогревающая часть цикла обратной связи не может его спасти.

Решение в 1981 г. предложили Джеймс Уокер, Пол Хейс и Джеймс Кастинг. Их статья в основном посвящалась тому, как выветривание силикатных минералов в почвах ландшафта может поглощать углекислый газ, но в последних абзацах авторы говорили о моделях Будыко и о том, как ледяная шапка отключает механизм выветривания, приводя, по мнению Будыко, к «ледяной катастрофе». В заключение они в одной короткой фразе указали на другой возможный механизм – вулканы. В отличие от многих других замерзших планет в космосе (в том числе Марса), у Земли есть активная кора с тектоникой плит, которая питает большое количество вулканов. При извержениях вулканов выделяется много газов, особенно парниковых, – углекислый газ, водяной пар, метан и диоксид серы. Даже если планета действительно окажется целиком замороженной, постепенно накапливающиеся вулканические газы будут нагревать ее посредством парникового эффекта, так что лед в конце концов начнет таять. И как только обнажится достаточная площадь темной поверхности, начнется цикл обратной связи, который быстро превратит промерзшую планету в планету субтропическую – свободную ото льда, а в тропиках появятся известняки.

После публикации эту идею обсуждали некоторые специалисты, работавшие с ледяными отложениями позднего докембрия, однако широкой известности она не получила. Все изменилось с появлением легендарной статьи Джозефа Киршвинка, ныне профессора геобиологии в Калифорнийском технологическом институте. Джо – один из самых блестящих умов, которых я когда-либо встречал: за неделю у него рождается больше отличных идей, чем у большинства людей за всю жизнь. Джо – один из лучших в