|
Соль превратила Землю в замерзший мир
|
|
|
|
Земля, возможно, все глубже погружалась в глобальную заморозку из-за чего-то на удивление обычного: соли. Около 700 миллионов лет назад Земля вступила в период экстремального оледенения, известного как Земля снежного кома, когда лед, как полагают, распространился по большей части или потенциально по всей поверхности планеты. Ученым давно известно, что расширение льда могло способствовать такому переходу: по мере того как яркий лед заменяет темную океанскую воду, больше солнечного света отражается обратно в космос, что приводит к дальнейшему охлаждению планеты и образованию еще большего количества льда.
|
|
|
|
Теперь Аксель Самуэльсберг из Университета Тромсе — Арктического университета Норвегии - и его коллеги выявили еще одну возможную обратную связь, которая могла усилить это похолодание: кристаллы соли накапливались на поверхности морского льда. Их моделирование предполагает, что эти кристаллы могли бы сделать замерзшую поверхность еще более отражающей, способствуя быстрому снижению температуры на ранних стадиях "Снежного кома".
|
|
|
|
Идея начинается с того, что происходит с морской водой, когда температура очень низкая. Хотя вода замерзает, не все соли, растворенные в морской воде, становятся частью льда. Вместо этого, по мере образования морского льда и его похолодания, концентрация соли в оставшейся жидкости, содержащейся в нем, возрастает. При достаточно низких температурах часть этой соли может в конечном итоге кристаллизоваться. Если лед на поверхности постепенно превращается из твердого льда в водяной пар (этот процесс называется сублимацией), кристаллы соли могут остаться, скапливаясь тонким слоем на поверхности.
|
|
|
|
|
|
|
Это важно, потому что кристаллы соли могут быть чрезвычайно яркими. В ходе предыдущих лабораторных экспериментов исследователи обнаружили, что соляная корка, образующаяся на очень холодном морском льду, может отражать около 93% солнечного света. Для сравнения, свежий снег отражает около 83%, в то время как тающий морской лед отражает примерно 67%.
|
|
|
|
Исследователи называют полученный процесс обратной связью соли и альбедо. Альбедо - это просто показатель того, сколько солнечного света отражает поверхность, поэтому поверхность с высоким альбедо отражает больше солнечного света и поглощает меньше энергии, что облегчает снижение температуры. В этом случае понижение температуры позволяет кристаллизоваться большему количеству соли, что делает поверхность ярче и приводит к еще большему охлаждению.
|
|
Тестирование охлаждающего эффекта соли
|
|
|
|
Этот процесс работает аналогично более известной обратной связи между льдом и альбедо, которая, как считается, сыграла важную роль в Snowball Earth. По мере того как лед растекается, его яркая поверхность отражает больше солнечного света, чем темный океан, который он заменяет, уменьшая количество энергии, поглощаемой Землей, и способствуя дальнейшему охлаждению.
|
|
|
|
Новое исследование, опубликованное в журнале Climate of the Past, предполагает, что соль могла усилить этот эффект, когда на планете стало достаточно холодно. Чтобы проверить эту идею, исследователи включили отложения соли в упрощенную климатическую модель, которая позволила им изучить, как климат Земли мог переходить в различные стабильные состояния.
|
|
|
|
Их модель включала область голого морского льда вокруг тропиков, где испарение, как ожидалось, превышало количество выпадающих снегов. Атмосферная циркуляция на Земле-Снежном Коме могла привести к удалению водяного пара из этих областей, в результате чего лед обнажился. По мере сублимации этого льда на его поверхности могли накапливаться кристаллы соли.
|
|
|
|
Когда исследователи включили этот процесс, модель показала два возможных стабильных состояния Земли в виде Снежного кома: одно с отложениями соли, а другое без нее. Состояние, покрытое солью, было значительно холоднее. В соответствии с условиями модели, переход от теплого, свободного ото льда климата к Снежному Комуземли, как правило, приводил непосредственно к более холодному, покрытому солью состоянию.
|
|
|
|
Результаты показывают, что соль, возможно, была особенно важна на ранних стадиях явления Снежного Кома. По мере того как планета остывала, соль, накапливающаяся на открытом морском льду, могла увеличить его отражательную способность, позволяя поглощать меньше солнечного света и еще больше понижая температуру.
|
|
|
|
Модель показывает, что эта обратная связь могла начаться при температурах выше примерно -36°C (-33°F), то есть при температуре, при которой морская вода замерзла бы почти полностью. Различные соли кристаллизуются при разных температурах, при этом некоторые начинают выпадать в осадок примерно при температуре -8°C (18°F), а другие - при температуре -23°C (-9°F). Это означает, что кристаллы соли потенциально могли начать накапливаться относительно рано в процессе охлаждения.
|
|
|
|
Это могло бы затруднить предотвращение перехода к полностью замерзшей планете. В модели даже частичные отложения соли были нестабильными, в конечном итоге они уступили место соли, покрывающей тропический морской лед.
|
|
|
|
Из состояния, покрытого солью, также было труднее выбраться. Чтобы растопить лед, потребовалось гораздо большее количество углекислого газа в атмосфере, чем в варианте без соли. Поскольку углекислый газ является парниковым газом, повышение его концентрации привело бы к постепенному нагреванию планеты за счет удержания большего количества тепла в атмосфере, что привело бы к потере льда.
|
|
Роль соли остается неопределенной
|
|
|
|
Полученные данные не означают, что соль была ответственна за замерзание всей планеты в первую очередь. Вместо этого исследователи предполагают, что это дополнительная обратная связь, которая могла усилить похолодание, когда уже началось массовое оледенение. Вопрос о том, что изначально привело Землю в состояние снежного кома, остается открытым.
|
|
|
|
Также существует неопределенность в отношении того, могли ли отложения соли образоваться и сохраняться достаточно долго, чтобы оказать серьезное климатическое воздействие. Модель не учитывает, например, движение морского льда. Со временем лед, образовавшийся в результате снегопада, мог переместиться в тропики, что потенциально привело к размыванию соленого морского льда, из которого образовались кристаллы.
|
|
|
|
Другие процессы также могли ослабить эффект. Облака могли затемнить яркую поверхность соли, в то время как пыль могла покрыть кристаллы и снизить их отражательную способность. Ветры могли перераспределять соль в районы, где выпадал снег, предотвращая образование крупных отложений.
|
|
|
|
На данный момент исследование лучше рассматривать как новый фрагмент головоломки "Снежный ком на Земле", а не как полное объяснение глубокого замерзания планеты. Это говорит о том, что после того, как океаны Земли начали замерзать, оставшаяся соль, возможно, помогла сделать планету еще ярче и, возможно, еще холоднее.
|
|
|
|
Авторы говорят, что будущие климатические модели должны изучить, насколько сильной будет эта обратная связь, если учесть такие факторы, как движение льда, облаков и ветров. Если этот эффект подтвердится после более детальных испытаний, то солевые осадки могут оказаться незамеченным фактором одного из самых драматичных изменений климата в истории Земли.
|
|
|
|
Источник
|
