लैंड आइसिंग। पृथ्वी गीली बर्फ है। हिमयुग के दौरान जीवन बचाना

"स्नोबॉल अर्थ" की शुरुआत

CaSiO 3 + CO 2 + H 2 O → Ca 2+ + SiO 2 + HCO 3 -

जब पृथ्वी ठंडी होती है (प्राकृतिक जलवायु में उतार-चढ़ाव और सौर विकिरण में परिवर्तन के कारण), रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर कम हो जाती है और इस प्रकार का अपक्षय धीमा हो जाता है। नतीजतन, वातावरण से कम कार्बन डाइऑक्साइड निकाला जाता है। कार्बन डाइऑक्साइड की सांद्रता में वृद्धि, जो एक ग्रीनहाउस गैस है, विपरीत प्रभाव की ओर ले जाती है - पृथ्वी गर्म हो रही है। यह नकारात्मक प्रतिक्रिया शीतलन शक्ति को सीमित करती है। क्रायोजेनी के समय, सभी महाद्वीप भूमध्य रेखा के पास उष्ण कटिबंध में थे, जिसने इस नियंत्रण प्रक्रिया को कम प्रभावी बना दिया, क्योंकि पृथ्वी के ठंडा होने के दौरान भी भूमि पर अपक्षय की उच्च दर बनी रहती है। इसने ग्लेशियरों को ध्रुवीय क्षेत्रों से बहुत दूर जाने की अनुमति दी। जब ग्लेशियर भूमध्य रेखा के काफी करीब चले गए, तो परावर्तन (अल्बेडो) में वृद्धि के माध्यम से सकारात्मक प्रतिक्रिया ने पृथ्वी को पूरी तरह से जमने तक और ठंडा कर दिया।

हिमयुग के दौरान

वैश्विक तापमान इतना कम हो गया कि यह भूमध्य रेखा पर उतना ही ठंडा था जितना कि आधुनिक अंटार्कटिका में है। यह कम तापमान बर्फ द्वारा बनाए रखा गया था, जिसके उच्च एल्बिडो के कारण आने वाले अधिकांश सौर विकिरण अंतरिक्ष में वापस परावर्तित हो गए थे। इस प्रभाव को बादलों की छोटी मात्रा के कारण बढ़ाया गया था, इस तथ्य के कारण कि जल वाष्प जम गया था।

हिमयुग का अंत

पृथ्वी को डीफ्रॉस्ट करने के लिए आवश्यक कार्बन डाइऑक्साइड का स्तर वर्तमान स्तर से 350 गुना, वायुमंडल का लगभग 13% होने का अनुमान है। चूंकि पृथ्वी लगभग पूरी तरह से बर्फ से ढकी हुई थी, इसलिए सिलिकेट चट्टानों के अपक्षय से कार्बन डाइऑक्साइड को वायुमंडल से हटाया नहीं जा सका। लाखों वर्षों में, CO 2 और मीथेन जमा हुआ, जो ज्यादातर ज्वालामुखियों द्वारा प्रस्फुटित हुआ, ग्रीनहाउस प्रभाव के लिए पर्याप्त था जो बर्फ-मुक्त पानी और भूमि की एक बेल्ट के गठन से पहले उष्ण कटिबंध में सतह की बर्फ को पिघला देता था; यह बेल्ट बर्फ की तुलना में गहरा होगा, और इसलिए "सकारात्मक प्रतिक्रिया" को ट्रिगर करते हुए अधिक सौर ऊर्जा को अवशोषित करेगा।

महाद्वीपों पर, पिघलने वाले ग्लेशियर बड़ी मात्रा में हिमनद जमा को उजागर करेंगे, जो मिटने और नष्ट होने लगेंगे।

इसके परिणामस्वरूप, फॉस्फोरस जैसे पोषक तत्वों से भरपूर वर्षा, CO2 की प्रचुरता के साथ, साइनोबैक्टीरिया की आबादी में विस्फोटक वृद्धि का कारण बनेगी। इससे वातावरण का अपेक्षाकृत तेजी से पुनर्ऑक्सीजन होगा, जो एडियाकरन बायोटा के उद्भव और उसके बाद के "कैम्ब्रियन विस्फोट" से जुड़ा हो सकता है - ऑक्सीजन की एक उच्च सांद्रता ने बहुकोशिकीय रूपों के विकास की अनुमति दी। इस सकारात्मक प्रतिक्रिया पाश ने बर्फ को भूगर्भीय रूप से कम समय में पिघला दिया, शायद 1000 साल से भी कम समय में; वातावरण में ऑक्सीजन का संचय और सीओ 2 की सामग्री में गिरावट कई बाद के सहस्राब्दियों तक जारी रही।

पानी ने शेष CO2 को वातावरण से भंग कर दिया, जिससे कार्बोनिक एसिड बन गया, जो अम्लीय वर्षा के रूप में अवक्षेपित हो गया। यह, बहिष्कृत सिलिकेट और कार्बोनेट चट्टानों (आसानी से अपक्षयित हिमनद जमा सहित) के अपक्षय को बढ़ाकर, बड़ी मात्रा में कैल्शियम जारी करता है, जो समुद्र में धोए जाने पर, स्पष्ट रूप से बनावट वाले कार्बोनेट तलछट का निर्माण करता है। इसी तरह के अजैविक "क्राउनिंग कार्बोनेट्स" (इंग्लैंड। "कैप कार्बोनेट्स"), जो हिमनदों के शिखर पर पाया जा सकता है, ने सबसे पहले एक स्नोबॉल पृथ्वी के विचार का सुझाव दिया।

शायद कार्बन डाइऑक्साइड का स्तर इतना गिर गया कि पृथ्वी फिर से जम गई; इस चक्र को तब तक दोहराया जा सकता है जब तक कि महाद्वीपों के बहाव के कारण उनकी गति अधिक ध्रुवीय अक्षांशों की ओर नहीं हो जाती।

परिकल्पना के पक्ष में तर्क

निम्न अक्षांशों पर हिमनदों का जमाव

ग्लेशियर द्वारा जमा तलछटी चट्टानों में है विशिष्ट लक्षणउन्हें पहचानने के लिए। परिकल्पना प्रकट होने से बहुत पहले स्नोबॉल पृथ्वीनियोप्रोटेरोज़ोइक के कई निक्षेपों को हिमनदों के रूप में पहचाना गया है। हालांकि, आमतौर पर ग्लेशियर से जुड़ी कई वर्षा की विशेषताएं अन्य मूल हो सकती हैं। सबूत में शामिल हैं:

• अनियमित बोल्डर (पत्थर जो तलछट में गिर गए हैं), जो ग्लेशियरों या अन्य कारणों से हो सकते हैं;
• लेयरिंग (पेरिग्लेशियल झीलों में वार्षिक अवसादन);
• ग्लेशियल स्ट्राइप (यह तब बनता है जब ग्लेशियर द्वारा पकड़ा गया रॉक मलबा अंतर्निहित चट्टान को खरोंचता है): इस तरह की स्ट्राइप कभी-कभी मडफ्लो के कारण होती है।

पुराचुम्बकत्व

चट्टानों के निर्माण के दौरान, चट्टान में मौजूद लौहचुंबकीय खनिजों में चुंबकीय डोमेन पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के बल की रेखाओं के अनुसार ऊपर उठते हैं। इस दिशा को सटीक रूप से मापने से आप उस अक्षांश (लेकिन देशांतर नहीं) का अनुमान लगा सकते हैं जहां चट्टान का निर्माण हुआ था। पैलियोमैग्नेटिक डेटा से पता चलता है कि भूमध्य रेखा के 10 डिग्री के भीतर कई नियोप्रोटेरोज़ोइक हिमनदों का निर्माण हुआ था। पेलियोमैग्नेटिक डेटा, साथ में वर्षा (जैसे अनिश्चित बोल्डर) के साक्ष्य के साथ, यह सुझाव देते हैं कि ग्लेशियर उष्णकटिबंधीय अक्षांशों में समुद्र के स्तर तक पहुंच गए हैं। यह स्पष्ट नहीं है कि यह वैश्विक हिमनद की बात करता है या स्थानीय, संभवतः भूमि-सीमित, हिमनदों के अस्तित्व की बात करता है।

कार्बन समस्थानिक अनुपात: कोई प्रकाश संश्लेषण नहीं

समुद्री जल में दो स्थिर कार्बन समस्थानिक होते हैं: कार्बन-12 (C-12) और दुर्लभ कार्बन-13 (C-13), जो सभी कार्बन परमाणुओं का लगभग 1.109% बनाता है। लाइटर C-12 मुख्य रूप से जैव रासायनिक प्रक्रियाओं (उदाहरण के लिए प्रकाश संश्लेषण) में शामिल होता है। इस प्रकार, समुद्री प्रकाश संश्लेषक, प्रोटिस्ट और शैवाल दोनों, स्थलीय कार्बन के प्राथमिक ज्वालामुखी स्रोतों के सापेक्ष C-13 में कुछ हद तक समाप्त हो गए हैं। इसलिए, प्रकाश संश्लेषक जीवन वाले महासागर में, कार्बनिक अवशेषों में C-12 / C-13 का अनुपात अधिक होगा और आसपास के पानी में कम होगा। लिथिफाइड तलछट का कार्बनिक घटक हमेशा के लिए कम रहता है, लेकिन कार्बन -13 में औसत रूप से समाप्त हो जाता है। प्रकल्पित वैश्विक हिमनद के दौरान, सी-13 सांद्रता में भिन्नताएं देखी गई सामान्य भिन्नताओं के सापेक्ष तीव्र और अत्यधिक थीं। यह एक महत्वपूर्ण शीतलन के अनुरूप है जिसने समुद्र में अधिकांश या लगभग सभी प्रकाश संश्लेषक को मार डाला। इस विचार से जुड़ा मुख्य मुद्दा कार्बन समस्थानिकों के अनुपात में भिन्नता की एक साथ निर्धारित करना है, जिसके लिए कोई भू-कालानुक्रमिक पुष्टि नहीं है।

लौह-सिलिकॉन संरचनाएं

लौह-सिलिकॉन संरचनाओं वाला एक पत्थर, २.१ अरब वर्ष पुराना

लौह-सिलिकॉन संरचनाएं - तलछटी चट्टान, जिसमें लौह ऑक्साइड और लौह-गरीब चकमक पत्थर की परतें होती हैं। ऑक्सीजन की उपस्थिति में लोहा जंग खाकर जल में अघुलनशील हो जाता है। फेरो-सिलिकॉन संरचनाएं आमतौर पर बहुत पुरानी होती हैं और उनका जमाव अक्सर पैलियोप्रोटेरोज़ोइक के दौरान पृथ्वी के वायुमंडल के ऑक्सीकरण से जुड़ा होता है, जब समुद्र में घुला हुआ लोहा प्रकाश संश्लेषक द्वारा जारी ऑक्सीजन के संपर्क में आता है और ऑक्साइड के रूप में अवक्षेपित होता है। परतें ऑक्सीजन मुक्त और ऑक्सीजन युक्त वातावरण के बीच इंटरफेस में बनाई गई थीं। चूंकि आधुनिक वातावरण ऑक्सीजन से भरपूर है (आयतन के हिसाब से लगभग 21%), एक सिलिसस फेरुजिनस फॉर्मेशन जमा करने के लिए पर्याप्त आयरन ऑक्साइड जमा करना असंभव है। पैलियोप्रोटेरोज़ोइक के बाद जमा किए गए एकमात्र विशाल लौह-सिलिकॉन संरचनाएं क्रायोजेनिक हिमनद जमा से जुड़ी हैं। ऐसी लौह-समृद्ध चट्टानों के निर्माण के लिए, एक ऑक्सीजन-मुक्त महासागर की आवश्यकता होती है, जहाँ बड़ी मात्रा में घुला हुआ लोहा (आयरन (II) ऑक्साइड के रूप में) ऑक्सीडेंट के आयरन (III) ऑक्साइड के रूप में अवक्षेपित होने से पहले जमा हो सकता है। महासागर को एनोक्सिक बनने के लिए, ऑक्सीजन वातावरण के साथ गैस विनिमय को प्रतिबंधित करना आवश्यक है। परिकल्पना के समर्थकों का मानना ​​है कि लौह-सिलिकॉन संरचनाओं का पुन: प्रकट होना बर्फ से बंधे महासागर में सीमित ऑक्सीजन स्तर का परिणाम है।

"क्राउनिंग कार्बोनेट्स"

ऊपर, नियोप्रोटेरोज़ोइक हिमनद जमा आमतौर पर रासायनिक रूप से अवक्षेपित चूना पत्थर और डोलोमाइट्स में बदल जाते हैं जिनकी मोटाई मीटर से लेकर दसियों मीटर तक होती है। ये "क्राउन कार्बोनेट्स" कभी-कभी अन्य कार्बोनेट्स की कमी वाले तलछटों के अनुक्रम में पाए जाते हैं, यह सुझाव देते हुए कि उनका गठन महासागर रसायन शास्त्र में गहरा परिवर्तन का परिणाम है।

इन "क्राउनिंग कार्बोनेट्स" में एक असामान्य रासायनिक संरचना और एक अजीब तलछटी संरचना होती है, जिसे अक्सर बड़े जमा के रूप में व्याख्या किया जाता है। ऐसी तलछटी चट्टानों का निर्माण वैश्विक हिमनद के बाद अत्यधिक ग्रीनहाउस प्रभाव के दौरान अपक्षय की उच्च दर के कारण क्षारीयता में बड़ी वृद्धि के साथ हो सकता है।

हिमयुग के दौरान जीवन बचाना

भव्य हिमाच्छादन को पृथ्वी पर पौधों के जीवन को दबा देना चाहिए था और इसलिए, एकाग्रता में उल्लेखनीय कमी या यहां तक ​​​​कि ऑक्सीजन के पूर्ण रूप से गायब होने का कारण बना, जिसने बिना ऑक्सिडाइज्ड आयरन-समृद्ध चट्टानों के निर्माण की अनुमति दी। संशयवादियों का तर्क है कि इस तरह के हिमस्खलन से जीवन पूरी तरह से गायब हो जाना चाहिए था, जो नहीं हुआ। परिकल्पना के समर्थक उन्हें उत्तर देते हैं कि जीवन निम्नलिखित तरीकों से जीवित रह सकता है।

• गहरे समुद्र के तरल पदार्थों की ऊर्जा से प्रेरित अवायवीय और एनोक्सिफिलिक जीवन के महासागर, महासागरों और पपड़ी की गहराई में बच गए - लेकिन वहां प्रकाश संश्लेषण संभव नहीं था।
• खुले समुद्र में, सुपरकॉन्टिनेंट रोडिनिया या इसके विघटन के बाद इसके टुकड़ों से दूर, खुले पानी के छोटे क्षेत्र रह सकते हैं जो प्रकाश संश्लेषक के लिए प्रकाश और कार्बन डाइऑक्साइड तक पहुंच के साथ बच गए, जो कुछ ऑक्सीफिलिक जीवों का समर्थन करने के लिए पर्याप्त मात्रा में ऑक्सीजन प्रदान करते थे। यह विकल्प तब भी संभव है जब महासागर पूरी तरह से जमे हुए हों, लेकिन बर्फ के छोटे-छोटे क्षेत्र इतने पतले थे कि उनमें से प्रकाश निकल सके।
• उष्ण कटिबंध में नुनाटक पर, जहां दिन के दौरान उष्णकटिबंधीय सूर्य या ज्वालामुखीय गर्मी चट्टानों को गर्म करती है, ठंडी हवा से सुरक्षित होती है, और अस्थायी पिघले हुए जल निकायों का निर्माण करती है जो सूर्यास्त के बाद जम जाते हैं।
• बर्फ में जमे अंडे, बीजाणु और सुप्त अवस्था हिमनद के सबसे गंभीर चरणों से बच सकते हैं।
• बर्फ की एक परत के नीचे, केमोलिथोट्रोफिक पारिस्थितिक तंत्र में, सैद्धांतिक रूप से आधुनिक ग्लेशियरों, अल्पाइन और आर्कटिक पर्माफ्रॉस्ट के बिस्तरों में अपेक्षित है। यह विशेष रूप से ज्वालामुखी या भूतापीय गतिविधि के क्षेत्रों में होने की संभावना है।
• अंटार्कटिका में वोस्तोक झील की तरह, बर्फ की एक परत के अंदर और नीचे तरल पानी के पूल में। सिद्धांत के अनुसार, ये पारिस्थितिक तंत्र अंटार्कटिक सूखी घाटियों की स्थायी रूप से जमी हुई झीलों में रहने वाले सूक्ष्मजीव समुदायों के समान हैं।

रूसी पेलियोन्टोलॉजिस्ट मिखाइल फेडोनकिन, हालांकि, यह बताते हुए कि आधुनिक डेटा (पैलियोन्टोलॉजिकल और आणविक जैविक दोनों) का सुझाव है कि यूकेरियोटिक जीवों के अधिकांश समूह नियोप्रोटेरोज़ोइक हिमनदी से पहले दिखाई दिए, इस सबूत को "स्नोबॉल अर्थ परिकल्पना के रूप में चरम पुरापाषाणकालीन मॉडल" के खिलाफ मानते हैं। जीवमंडल के यूकेरियोटाइजेशन में शीतलन की भूमिका को नकारे बिना।

जीवन का विकास

परिकल्पना की आलोचना

अनुकरण परिणाम

जलवायु सिमुलेशन के आधार पर, टोरंटो विश्वविद्यालय के डिक पेल्टियर ने निष्कर्ष निकाला कि बड़े महासागर क्षेत्रों को बर्फ मुक्त रहना चाहिए था, यह तर्क देते हुए कि ऊर्जा संतुलन और वैश्विक परिसंचरण मॉडल के कारणों के लिए परिकल्पना का "मजबूत" संस्करण असंभव है।

डायमिक्टाइट्स की गैर-हिमनद उत्पत्ति

आमतौर पर हिमनदों के निक्षेपण के रूप में व्याख्या की गई तलछटी चट्टान डायमिक्टाइट को भी मडफ्लो (आइल्स और जानुस्ज़क, 2004) के रूप में व्याख्या किया गया है।

उच्च ढलान परिकल्पना

भूमध्यरेखीय महाद्वीपों पर बर्फ की उपस्थिति की व्याख्या करने वाली प्रतिस्पर्धी परिकल्पनाओं में से एक है पृथ्वी की धुरी का उच्च झुकाव, लगभग 60 °, जिसने पृथ्वी की भूमि को उच्च "अक्षांशों" में रखा। परिकल्पना का एक कमजोर संस्करण केवल इस झुकाव के लिए पृथ्वी के चुंबकीय क्षेत्र के प्रवास को मानता है, क्योंकि पैलियोमैग्नेटिक डेटा का पठन, जो निम्न-अक्षांश हिमनदों की बात करता है, चुंबकीय और भौगोलिक ध्रुवों की निकटता पर आधारित है (कुछ है डेटा जो हमें इस तरह सोचने की अनुमति देता है)। इन दोनों में से किसी भी स्थिति में, हिमनद अपेक्षाकृत छोटे क्षेत्र तक सीमित होगा, जैसा कि अभी है, और पृथ्वी की जलवायु में आमूल-चूल परिवर्तन की आवश्यकता नहीं होगी।

ध्रुवों का जड़त्वीय वास्तविक विस्थापन

प्राप्त आंकड़ों की एक अन्य वैकल्पिक व्याख्या ध्रुवों के जड़त्वीय वास्तविक विस्थापन की अवधारणा है। जुलाई 1997 में किर्शविंक और अन्य लोगों द्वारा प्रस्तावित, इस अवधारणा से पता चलता है कि पूरे ग्रह में द्रव्यमान के वितरण को नियंत्रित करने वाले भौतिक कानूनों के प्रभाव में भूमि द्रव्यमान पहले की तुलना में बहुत तेजी से आगे बढ़ सकता है। यदि महाद्वीप भूमध्य रेखा से बहुत दूर हैं, तो संपूर्ण स्थलमंडल उन्हें सामान्य टेक्टोनिक आंदोलनों की तुलना में सैकड़ों गुना तेज गति से वापस लाने के लिए आगे बढ़ सकता है। ऐसा दिखना चाहिए जैसे चुंबकीय ध्रुव घूम रहा हो, जबकि वास्तव में महाद्वीप इसके सापेक्ष वास्तविक हो रहे थे। इस विचार को टॉर्सविक (1998), मेरर्ट (1999) और टॉर्सविक और रेनस्टॉर्म (2001) ने चुनौती दी है, जिन्होंने दिखाया कि किर्शविंक (1997) द्वारा प्रस्तावित ध्रुवों का स्विंग परिकल्पना का समर्थन करने के लिए अपर्याप्त है। इस प्रकार, जबकि ध्रुवों की वास्तविक गति के लिए भूभौतिकीय तंत्र विश्वसनीय है, इस विचार के लिए ऐसा नहीं कहा जा सकता है कि ऐसी घटना कैम्ब्रियन में हुई थी।

यदि इस तरह की तीव्र गति हुई है, तो यह महाद्वीपों के भूमध्यरेखीय स्थान के निकट समय अंतराल में हिमनद की ऐसी विशेषताओं के अस्तित्व के लिए जिम्मेदार होना चाहिए। ध्रुवों का जड़त्वीय वास्तविक विस्थापन भी कैंब्रियन विस्फोट से जुड़ा था, क्योंकि जानवरों को तेजी से बदलते समय के अनुकूल होना था। वातावरण... हालाँकि, हाल के साक्ष्य अब कैम्ब्रियन समय में इस तरह के तीव्र गति के अस्तित्व का समर्थन नहीं करते हैं।

वैश्विक हिमनद के कारण

यह अविश्वसनीय है कि केवल एक कारक ने वैश्विक हिमनद की शुरुआत की। इसके विपरीत, कई कारकों का संयोग होना चाहिए।

वातावरण रचना

वैश्विक हिमनद शुरू होने के लिए कार्बन डाइऑक्साइड, मीथेन और जल वाष्प जैसे ग्रीनहाउस गैसों के निम्न स्तर की आवश्यकता होती है।

महाद्वीपों का वितरण

वैश्विक हिमनद की शुरुआत के लिए उष्णकटिबंधीय के पास महाद्वीपों की एकाग्रता आवश्यक है। बड़ी मात्रा मेंउष्ण कटिबंध में वर्षा से नदी के प्रवाह में वृद्धि होती है, जो वातावरण से कार्बन डाइऑक्साइड को हटाते हुए अधिक कार्बोनेट का भंडारण करती है। कम वाष्पीकरण के कारण ध्रुवीय महाद्वीप इतने शुष्क हैं कि इतने कार्बन जमाव के लिए नहीं हैं। वरंगियन हिमनद से पहले के अवसादों में कार्बन-12 के सापेक्ष आइसोटोप कार्बन-13 के अनुपात में क्रमिक वृद्धि इंगित करती है कि यह एक धीमी, क्रमिक प्रक्रिया है।

सिद्धांत का इतिहास

1952: ऑस्ट्रेलिया

1998: नामीबिया

स्नोबॉल अर्थ परिकल्पना में रुचि काफी बढ़ गई, जब हार्वर्ड विश्वविद्यालय में भूविज्ञान के प्रोफेसर पॉल एफ हॉफमैन और उनके सह-लेखकों ने नामीबिया में नियोप्रोटेरोज़ोइक तलछट अनुक्रम में किर्शविंक के विचारों को लागू करने वाले विज्ञान में एक लेख प्रकाशित किया।

२००७: ओमान: ग्लेशियल-इंटरग्लेशियल चक्रीयता

ओमान में क्रायोजेनिक तलछटी चट्टानों के रसायन विज्ञान के आधार पर लेखकों के एक समूह ने सक्रिय हाइड्रोलॉजिकल चक्रों और जलवायु में परिवर्तन का वर्णन किया जो पृथ्वी को पूरी तरह से बर्फीले राज्य से बाहर लाए। रासायनिक अपक्षय (रासायनिक परिवर्तन सूचकांक) के दौरान मिट्टी में रहने वालों के लिए मोबाइल केशन के अनुपात का उपयोग करते हुए, उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि रासायनिक अपक्षय की तीव्रता चक्रीय रूप से बदल गई, इंटरग्लेशियल के दौरान बढ़ रही है और ठंड और शुष्क हिमनदों के दौरान घट रही है।

अत्याधुनिक (अप्रैल 2007)

वर्तमान में, अंतर्राष्ट्रीय भूविज्ञान कार्यक्रम - प्रोजेक्ट 512 "नियोप्रोटेरोज़ोइक आइस एज" के तत्वावधान में परिकल्पना के आसपास बहस जारी है।

अन्य संभावित वैश्विक हिमनद

पैलियोप्रोटेरोज़ोइक हिमनद

स्नोबॉल अर्थ परिकल्पना का उपयोग कनाडा के ह्यूरॉन सुपरग्रुप में हिमनद जमा की व्याख्या करने के लिए किया गया है, हालांकि कम अक्षांश वाले हिमनदों के लिए पेलियोमैग्नेटिक साक्ष्य विवादास्पद है। दक्षिण अफ़्रीकी MacGyenne संरचना के हिमनद तलछट हूरोनियन हिमनद जमा (लगभग 2.25 अरब वर्ष पुराने) से थोड़ा कम हैं और उष्णकटिबंधीय अक्षांशों में बनते हैं। यह माना गया था कि पैलियोप्रोटेरोज़ोइक के इस हिस्से के दौरान मुक्त ऑक्सीजन की सांद्रता में वृद्धि ने वातावरण से मीथेन को हटा दिया, इसे ऑक्सीकरण किया। चूँकि उस समय का सूर्य आज की तुलना में बहुत कमजोर था, यह एक मजबूत ग्रीनहाउस गैस के रूप में मीथेन थी, जो पृथ्वी की सतह को जमने से बचा सकती थी। मीथेन ग्रीनहाउस प्रभाव की अनुपस्थिति में, तापमान गिर गया और वैश्विक हिमनद हो सकता है।

कार्बोनिफेरस हिमनद (प्रारंभिक अनुमान)

नोट्स (संपादित करें)

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२०वीं शताब्दी के मध्य में, भूवैज्ञानिकों ने इस बात के प्रमाण खोजने शुरू कर दिए कि अतीत में हमारे ग्रह ने विश्वव्यापी हिमनद का अनुभव किया होगा। वर्षों से, इस सिद्धांत को अधिक से अधिक पुष्टि मिली है और अब इसे "स्नोबॉल अर्थ" के रूप में जाना जाता है। इसके मुख्य प्रावधानों के अनुसार, 630 और 850 मिलियन वर्ष पहले के अंतराल में, पृथ्वी कुछ समय के लिए लगभग पूरी तरह से बर्फ से ढकी हुई थी, जो उस समय भूमध्य रेखा तक भी पहुंच गई थी - इसका सबूत तलछटी जमा और पैलियोमैग्नेटिक डेटा है। कुल मिलाकर, भूवैज्ञानिक हिमनद की दो चोटियों की गणना करते हैं, जो 710 और 640 मिलियन हुई और जिनमें से प्रत्येक 10 मिलियन वर्षों तक चली।

हिमनद का ट्रिगर वातावरण से CO2 का निष्कासन था, जिसके कारण शीतलन और हिमयुग की शुरुआत हुई। जब बर्फ कटिबंधों में पहुंची, तो एक प्रतिक्रिया तंत्र शुरू किया गया: जैसा कि आप जानते हैं, बर्फ और बर्फ घटना के 55% से 80% सूर्य के प्रकाश को परावर्तित करते हैं, जबकि महासागरों के लिए यह आंकड़ा 12% है, और भूमि के लिए 10% से 40 तक। %. पृथ्वी की सतह का जितना अधिक भाग बर्फ से ढका था, उतना ही अधिक प्रकाश अंतरिक्ष में परावर्तित होता था, जिससे तदनुसार हिमनद की गति बढ़ जाती थी।

इस तरह की कई अन्य बड़े पैमाने की अवधारणाओं की तरह, "स्नोबॉल अर्थ" के अपने आलोचक हैं। इसके अलावा, सिद्धांत स्वयं दो संस्करणों में मौजूद है: मजबूत और कमजोर। स्ट्रॉन्ग का सुझाव है कि बर्फ ने पूरी पृथ्वी को पूरी तरह से ढक लिया है, जिसमें महासागरों की सतह भी शामिल है, जो लगभग एक किलोमीटर मोटी परत बनाती है। कमजोर विकल्प इस तथ्य पर आधारित है कि कम से कम भूमध्य रेखा क्षेत्र में पानी के बर्फ मुक्त क्षेत्र होने चाहिए थे - अन्यथा हमारे ग्रह पर जीवन इस घटना से बचने का प्रबंधन कैसे करता है? विशेष रूप से इस तथ्य पर विचार करते हुए कि इस बात का कोई प्रमाण नहीं है कि इस अवधि के दौरान प्रजातियों का किसी प्रकार का सामूहिक विलोपन हुआ था। इसके अलावा, यह सवाल उठता है कि फिर पृथ्वी इस तरह के चरम हिमयुग से वैश्विक ठंड से बाहर निकलने में कैसे कामयाब रही। एक विकल्प के रूप में, ज्वालामुखी गतिविधि के कारण वातावरण में ग्रीनहाउस गैसों के क्रमिक संचय को कहा जाता था। जब वातावरण में CO2 की मात्रा 13% तक पहुँच गई, तो इससे हिमनद समाप्त हो गया। हालांकि, भूगर्भीय अभिलेखों में इस बात के प्रमाण नहीं हैं कि उस समय पृथ्वी के वायुमंडल में इतनी अधिक CO2 थी।

और इसलिए, "स्नोबॉल अर्थ" युग के कोलंबिया विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों का एक समूह। आधुनिक जलवायु मॉडल को एक आधार के रूप में लिया गया था, जो तब उस अवधि की वास्तविकताओं के अनुकूल हो गए थे, जिसमें यह तथ्य भी शामिल था कि सूर्य उस समय की तुलना में 6% कमजोर था, और शीतलन की शुरुआत के समय सभी भूमि का हिस्सा था। सुपरकॉन्टिनेंट रोडिनिया का। सिमुलेशन परिणामों के अनुसार, भले ही पृथ्वी का औसत तापमान शून्य से 12 डिग्री नीचे हो, पानी की सतह का लगभग आधा हिस्सा बर्फ से मुक्त रहेगा - गल्फ स्ट्रीम जैसी धाराएं महासागरों को पूरी तरह से जमने से रोक देंगी। इसलिए, यदि यह मॉडल सही है, तो "अर्थ - स्नोबॉल" के बजाय हमारे पास "अर्थ - स्लश स्नोबॉल" था।

समूह वर्तमान में अपने मॉडल को परिष्कृत करना जारी रखता है, "स्नोबॉल अर्थ" युग की जलवायु पर अन्य कारकों के संभावित प्रभाव का आकलन करने की कोशिश कर रहा है - उदाहरण के लिए, यह तथ्य कि उस समय दिन की लंबाई 21.9 घंटे थी। यदि प्राप्त निष्कर्ष सही हैं, तो वे न केवल भूवैज्ञानिकों के लिए बल्कि ज्योतिषविज्ञानी के लिए भी उपयोगी हो सकते हैं, क्योंकि वे रहने योग्य क्षेत्र की सीमाओं को बढ़ा सकते हैं। रहने योग्य क्षेत्र तारे के चारों ओर अंतरिक्ष का वह क्षेत्र है जहाँ ग्रहों की सतह पर तरल पानी मौजूद हो सकता है। आमतौर पर इसकी गणना ग्रह से तारे की दूरी के आधार पर ही की जाती है। हालांकि, जैसा कि मॉडल "अर्थ - स्लश स्नो" से पता चलता है, ग्रह को जमने की प्रक्रिया बहुत जटिल है और कई कारकों पर निर्भर करती है। भले ही ग्रह पर औसत तापमान ठंड से बहुत कम हो, फिर भी पानी के खुले शरीर उस पर मौजूद हो सकते हैं - कम से कम सैद्धांतिक रूप से।

आणविक ऑक्सीजन (O2) के जैविक गुण कम से कम दुगुने होते हैं। ऑक्सीजन एक शक्तिशाली ऑक्सीकरण एजेंट है, जिसकी मदद से आप बहुत उपयोगी ऊर्जा प्राप्त कर सकते हैं, और साथ ही, एक मजबूत जहर जो स्वतंत्र रूप से गुजरता है कोशिका की झिल्लियाँऔर अगर लापरवाही से संभाला जाए तो कोशिकाओं को नष्ट कर देता है। कभी-कभी कहा जाता है कि ऑक्सीजन एक दोधारी तलवार है ( वर्तमान जीव विज्ञान, 2009, 19, 14, R567 - R574)। ऑक्सीजन से निपटने वाले सभी जीवों में आवश्यक रूप से विशेष एंजाइम सिस्टम होते हैं जो इसके रासायनिक प्रभावों को बुझाते हैं। जिनके पास इस तरह के एंजाइम सिस्टम नहीं हैं, वे सख्त अवायवीय होने के लिए बर्बाद हैं, केवल ऑक्सीजन मुक्त वातावरण में जीवित रहते हैं। आधुनिक पृथ्वी पर, ये कुछ बैक्टीरिया और आर्किया हैं।

पृथ्वी पर लगभग सभी ऑक्सीजन बायोजेनिक मूल की है, अर्थात यह जीवित प्राणियों द्वारा जारी की जाती है (बेशक, अब हम मुक्त ऑक्सीजन के बारे में बात कर रहे हैं, न कि ऑक्सीजन परमाणुओं के बारे में जो अन्य अणु बनाते हैं)। O 2 का मुख्य स्रोत ऑक्सीजनिक ​​प्रकाश संश्लेषण है; तुलनीय मात्रा में इसका उत्पादन करने में सक्षम कोई अन्य ज्ञात प्रतिक्रियाएं नहीं हैं। जीव विज्ञान में स्कूल के पाठ्यक्रम से, हम जानते हैं कि प्रकाश संश्लेषण कार्बन डाइऑक्साइड सीओ 2 और पानी एच 2 ओ से ग्लूकोज सी 6 एच 12 ओ 6 का संश्लेषण है, जो प्रकाश ऊर्जा की मदद से होता है। यहाँ का मुख्य "अभिनेता" कार्बन डाइऑक्साइड है, जो पानी द्वारा पुनः प्राप्त किया जाता है; इस प्रतिक्रिया में ऑक्सीजन एक उप-उत्पाद, अपशिष्ट के अलावा और कुछ नहीं है। यह कम व्यापक रूप से ज्ञात है कि प्रकाश संश्लेषण ऑक्सीजन का उत्पादन नहीं कर सकता है, अगर पानी के बजाय, किसी अन्य पदार्थ को कम करने वाले एजेंट के रूप में उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन सल्फाइड एच 2 एस, मुक्त हाइड्रोजन एच 2, या कुछ लौह यौगिक; इस तरह के प्रकाश संश्लेषण को ऑक्सीजन मुक्त कहा जाता है, इसके कई अलग-अलग रूप हैं।

ऑक्सीजन की तुलना में एनोक्सिक प्रकाश संश्लेषण लगभग निश्चित रूप से बहुत पहले दिखाई दिया। इसलिए, जीवन के अस्तित्व के पहले अरब वर्षों में (और सबसे अधिक संभावना है), हालांकि प्रकाश संश्लेषण चल रहा था, इसने पृथ्वी के वायुमंडल को ऑक्सीजन से संतृप्त नहीं किया। उन दिनों वातावरण में ऑक्सीजन की मात्रा आधुनिक के 0.001% से अधिक नहीं थी - सीधे शब्दों में कहें, इसका मतलब है कि यह वास्तव में वहां नहीं था।

सब कुछ बदल गया जब नीले-हरे शैवाल, या साइनोबैक्टीरिया ने दृश्य में प्रवेश किया। इसके बाद, ये जीव प्लास्टिड्स के पूर्वज बन गए, यूकेरियोटिक कोशिकाओं के प्रकाश संश्लेषण अंग (याद रखें कि कोशिका नाभिक वाले जीवों को प्रोकैरियोट्स के विपरीत यूकेरियोट्स कहा जाता है, जिनमें परमाणु-मुक्त कोशिकाएं होती हैं)। साइनोबैक्टीरिया एक बहुत प्राचीन विकासवादी शाखा है। सांसारिक इतिहास के मानकों के अनुसार, वे आश्चर्यजनक रूप से अपरिवर्तित हैं। उदाहरण के लिए, नीला-हरा शैवाल थरथरानवाला ( थरथरानवाला) के जीवाश्म रिश्तेदार हैं जो 800 मिलियन वर्ष पहले रहते थे, और वे आधुनिक ऑसिलेटर्स से व्यावहारिक रूप से अप्रभेद्य हैं (सायनोबैक्टीरिया II की पारिस्थितिकी। अंतरिक्ष और समय में उनकी विविधता, स्प्रिंगर, 2012, 15–36)। इस प्रकार, थरथरानवाला एक जीवित जीवाश्म का एक प्रभावशाली उदाहरण है। लेकिन बहुत पहले सायनोबैक्टीरिया उससे बहुत पहले दिखाई दिए - इसकी पुष्टि जीवाश्म विज्ञान के आंकड़ों से होती है।

सबसे पहले, साइनोबैक्टीरिया असंख्य नहीं थे, क्योंकि उनके द्वारा महारत हासिल ऑक्सीजन प्रकाश संश्लेषण ने एनोक्सिक पर कोई गंभीर लाभ नहीं दिया, जो कि रोगाणुओं के अन्य समूहों के पास था। लेकिन इन रोगाणुओं का रासायनिक वातावरण धीरे-धीरे बदल गया। वह क्षण आया जब ऑक्सीजन मुक्त प्रकाश संश्लेषण के लिए पर्याप्त "कच्चा माल" नहीं रह गया था। और फिर साइनोबैक्टीरिया की घड़ी आ गई।

ऑक्सीजन प्रकाश संश्लेषण का एक बड़ा फायदा है - प्रारंभिक कम करने वाले एजेंट (पानी) की पूरी तरह से असीमित आपूर्ति और एक बड़ी कमी - उप-उत्पाद (ऑक्सीजन) की उच्च विषाक्तता। अप्रत्याशित रूप से, इस प्रकार का विनिमय पहले "लोकप्रिय" नहीं था। लेकिन पानी के अलावा अन्य सबस्ट्रेट्स की थोड़ी सी कमी के साथ, ऑक्सीजनिक ​​प्रकाश संश्लेषण के मालिकों को तुरंत प्रतिस्पर्धात्मक लाभ प्राप्त करना चाहिए, जो कि हुआ। उसके बाद, लगभग एक अरब वर्षों का युग शुरू हुआ, जिसके दौरान पृथ्वी की उपस्थिति मुख्य रूप से साइनोबैक्टीरिया द्वारा निर्धारित की गई थी। हाल ही में, इसे अनौपचारिक रूप से उनके नाम पर "सायनोज़ोइक" (एम। बारबेरी, कोड बायोलॉजी। ए न्यू साइंस ऑफ लाइफ, स्प्रिंगर, 2015, 75-91) के नाम पर रखने का सुझाव दिया गया है।

साइनोबैक्टीरिया की वजह से ही 2.4 अरब साल पहले ऑक्सीजन क्रांति शुरू हुई थी, यह ऑक्सीजन तबाही भी है, या ग्रेट ऑक्सीडेटिव इवेंट ( महान ऑक्सीकरण घटना, जीओई)। कड़ाई से बोलते हुए, यह घटना न तो तात्कालिक थी और न ही बिल्कुल अनोखी ( प्रकृति, 2014, 506, 7488, 307-315)। ऑक्सीजन की सघनता के छोटे फटने, "ऑक्सीजन ब्लो" पहले भी हो चुके हैं, यह पैलियोन्टोलॉजिकल रूप से दर्ज किया गया है। फिर भी 2.4 अरब साल पहले कुछ नया हुआ था। पृथ्वी के इतिहास (कुछ दसियों लाख वर्षों) के मानकों के अनुसार थोड़े समय के लिए, वातावरण में ऑक्सीजन की सांद्रता लगभग एक हजार गुना बढ़ गई और इस स्तर पर बनी रही; यह अपने पूर्व महत्वहीन मूल्यों तक कभी नहीं गिरा। जीवमंडल अपरिवर्तनीय रूप से ऑक्सीजन युक्त हो गया है।

प्राचीन प्रोकैरियोट्स के विशाल बहुमत के लिए, ऑक्सीजन का यह स्तर घातक था। अप्रत्याशित रूप से, ऑक्सीजन क्रांति का पहला परिणाम बड़े पैमाने पर विलुप्त होना था। बचे हुए लोग मुख्य रूप से वे थे जो ऑक्सीजन से रक्षा करने वाले एंजाइम बनाने में कामयाब रहे, और कभी-कभी मोटी सेल दीवारों के अलावा (साइनोबैक्टीरिया सहित खुद को ऐसा करना पड़ा)। यह मानने का कारण है कि "नई ऑक्सीजन दुनिया" के पहले 100-200 मिलियन वर्षों में ऑक्सीजन केवल जीवित जीवों के लिए जहर था और कुछ नहीं। लेकिन फिर स्थिति बदल गई। ऑक्सीजन चुनौती के लिए बायोटा की प्रतिक्रिया बैक्टीरिया का उद्भव था, जिसमें ग्लूकोज को विघटित करने वाली प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला में ऑक्सीजन शामिल था, और इस तरह इसे ऊर्जा के लिए उपयोग करना शुरू कर दिया।

यह तुरंत पता चला कि ग्लूकोज (श्वसन) का ऑक्सीजन ऑक्सीकरण एनोक्सिक (किण्वन) की तुलना में ऊर्जावान रूप से बहुत अधिक कुशल है। यह ऑक्सीजन मुक्त विनिमय के किसी भी मनमाने ढंग से जटिल संस्करण की तुलना में प्रति ग्लूकोज अणु में कई गुना अधिक मुक्त ऊर्जा देता है। उसी समय, श्वसन और किण्वन के उपयोगकर्ताओं के बीच ग्लूकोज के टूटने के प्रारंभिक चरण सामान्य बने रहे: ऑक्सीजन ऑक्सीकरण केवल पहले से मौजूद प्राचीन जैव रासायनिक तंत्र पर एक अधिरचना के रूप में कार्य करता था, जिसे स्वयं ऑक्सीजन की आवश्यकता नहीं थी।

रोगाणुओं का वह समूह जो ऑक्सीजन के साथ ऊर्जा के जोखिम भरे लेकिन कुशल उत्पादन में महारत हासिल कर लेता है, प्रोटियोबैक्टीरिया कहलाता है। अब आम तौर पर स्वीकृत सिद्धांत के अनुसार, यह उन्हीं से था कि यूकेरियोटिक कोशिकाओं के श्वसन अंग - माइटोकॉन्ड्रिया - की उत्पत्ति हुई।

आनुवंशिक आंकड़ों के अनुसार, माइटोकॉन्ड्रिया का निकटतम आधुनिक रिश्तेदार बैंगनी पेचदार अल्फा-प्रोटोबैक्टीरिया है रोडोस्पिरिलम रूब्रम (आण्विक जीवविज्ञान और विकास, 2004, 21, 9, 1643-1660)। रोडोस्पिरिलम में श्वसन, किण्वन और ऑक्सीजन मुक्त प्रकाश संश्लेषण होता है, जिसमें पानी के बजाय हाइड्रोजन सल्फाइड का उपयोग किया जाता है, और बाहरी परिस्थितियों के आधार पर इन तीन प्रकार के आदान-प्रदान के बीच स्विच कर सकता है। निस्संदेह, इस तरह के एक सहजीवन - यानी, इस मामले में, एक आंतरिक सहवासी - यूकेरियोट्स के पूर्वज के लिए बहुत उपयोगी था।

इसके अलावा, कई आधुनिक वैज्ञानिकों का मानना ​​​​है कि प्रोटोबैक्टीरिया के साथ प्राचीन आर्किया का सहजीवन - माइटोकॉन्ड्रिया के पूर्वज - यूकेरियोटिक कोशिका (एवगेनी कुनिन। मामले का तर्क। एम।: त्सेंट्रोपोलिग्राफ, 2014) के गठन के लिए प्रेरणा थी। इस परिकल्पना को "प्रारंभिक माइटोकॉन्ड्रियल" कहा जाता है। वह सुझाव देती है कि भविष्य के यूकेरियोटिक कोशिका का कोशिका द्रव्य और नाभिक में विभाजन प्रोटीबैक्टीरिया सहजीवन की शुरूआत के बाद ही हुआ। पुराना "देर से माइटोकॉन्ड्रियल" परिदृश्य, जिसके अनुसार प्रोटीबैक्टीरिया को केवल एक तैयार यूकेरियोटिक कोशिका (एक पुरातन कोशिका से स्व-व्युत्पन्न) द्वारा निगल लिया गया था, अब इसकी संभावना बहुत कम है। वास्तव में, दोनों कोशिकाएं - पुरातन और प्रोटियोबैक्टीरिया दोनों - संयोजन की प्रक्रिया में गंभीरता से "पुन: एकत्रित" हुईं, जिससे नए गुणों के साथ एक प्रकार का चिमेरा पैदा हुआ। यह कल्पना एक यूकेरियोटिक कोशिका बन गई; पुरातन और प्रोटियोबैक्टीरियल मूल के आणविक घटक इसमें दृढ़ता से मिश्रित होते हैं, कार्यों को आपस में विभाजित करते हैं (पैलियोन्टोलॉजिकल जर्नल, 2005, 4, 3–18)। प्रोटियोबैक्टीरिया के बिना, यूकेरियोट्स उत्पन्न नहीं होते। इसका मतलब है कि उनकी उपस्थिति ऑक्सीजन क्रांति का प्रत्यक्ष परिणाम थी।

उपरोक्त के आलोक में, दो आधुनिक प्रमुख वैज्ञानिकों, एक जीवाश्म विज्ञानी और एक भूविज्ञानी के शब्द, लगभग एक अतिशयोक्ति की तरह नहीं लगते हैं: "हर कोई इस बात से सहमत है कि नीले-हरे शैवाल का विकास हमारे ग्रह पर सबसे महत्वपूर्ण जैविक घटना थी (यहां तक ​​कि यूकेरियोटिक कोशिकाओं के विकास और बहुकोशिकीय जीवों के उद्भव से अधिक महत्वपूर्ण)" (पीटर वार्ड, जो किर्शविंक। पृथ्वी पर जीवन की उत्पत्ति का एक नया इतिहास। सेंट पीटर्सबर्ग: पब्लिशिंग हाउस "पीटर", 2016)। वास्तव में, जानवरों और पौधों की परिचित दुनिया अब मौजूद नहीं होती अगर यह सायनोबैक्टीरिया और उनके कारण होने वाले संकट के लिए नहीं होती।

जीवन के युग

पृथ्वी के पूरे इतिहास को चार विशाल अंतरालों में विभाजित किया गया है, जिन्हें कल्प कहा जाता है (यह युग से भी ऊंचा है)। कल्पों के नाम इस प्रकार हैं: कटारचियन, या वाइपर (4.6–4.0 बिलियन वर्ष पूर्व), आर्किया (4.0-2.5 बिलियन वर्ष पूर्व), प्रोटेरोज़ोइक (2.5–0.54 बिलियन वर्ष पूर्व) और फ़ैनरोज़ोइक (0.54 बिलियन वर्ष पूर्व शुरू हुआ और अब जारी है)। यह विभाजन लगातार हमारी मदद करेगा, यह वास्तव में सुविधाजनक है। आइए एक आरक्षण करें कि लगभग ऐसे सभी मामलों में, याद रखना समय की सीमा नहीं है, बल्कि युगों और संबंधित घटनाओं का क्रम है: यह बहुत अधिक महत्वपूर्ण है। अपवाद केवल दो या तीन मौलिक तिथियों के लिए बनाया जा सकता है जैसे पृथ्वी की आयु।

कटारची तथाकथित पूर्व-भूवैज्ञानिक युग है, जिसमें से परतों में स्थित कोई "सामान्य" चट्टानें नहीं रहीं। क्रमिक परतों की तुलना के आधार पर शास्त्रीय भूवैज्ञानिक और पुरापाषाणकालीन विधियां वहां काम नहीं करती हैं। कैटार्चिया से बची हुई वस्तुएं ज्यादातर जिक्रोन के छोटे दाने हैं, जिनमें हाल ही में बायोजेनिक कार्बन पाया गया है। कैटार्चियन जीवन (यदि कोई हो) के बारे में बहुत कम जानकारी है।

आर्कियन में, पृथ्वी प्रोकैरियोट्स से संबंधित है - बैक्टीरिया और आर्किया (बस कोई भ्रम नहीं है, भूवैज्ञानिक युग "आर्किया" के नाम पर जड़ों का संयोग और रोगाणुओं का समूह "आर्किया" वास्तव में आकस्मिक है)। आर्कियन और प्रोटेरोज़ोइक युगों के बीच की सीमा ऑक्सीजन क्रांति से पहले एक मजबूत "ऑक्सीजन श्वास" के समय लगभग गिरती है। प्रोटेरोज़ोइक की शुरुआत में ही ऑक्सीजन क्रांति हुई थी।

प्रोटेरोज़ोइक ऑक्सीजन और यूकेरियोट्स का युग है। यूकेरियोट्स की उत्पत्ति की डेटिंग के साथ एक दिलचस्प विरोधाभास जुड़ा हुआ है। मुद्दा यह है कि अधिक या कम विश्वसनीय रूप से परिभाषित बहुकोशिकीय यूकेरियोट्स जीवाश्म रिकॉर्ड में समान रूप से विश्वसनीय रूप से परिभाषित एककोशिकीय लोगों की तुलना में बहुत पहले दिखाई देते हैं। फिलामेंटस शैवाल ग्रिपेनिया स्पाइरालिस, जिसे आमतौर पर यूकेरियोट माना जाता है, 2.1 अरब साल पहले दिखाई दिया था ( पैलियोन्टोलॉजी के ऑस्ट्रेलियाई जर्नल, 2016, डीओआई: 10.1080 / 03115518.2016.1127725) निष्पक्षता में, यह कहा जाना चाहिए कि इन्फ्लूएंजा की यूकेरियोटिक प्रकृति के लिए मुख्य तर्क इसका बड़ा आकार है - अन्य सभी संकेत विश्वास नहीं देते हैं कि यह एक विशाल साइनोबैक्टीरियम नहीं है ( जीवाश्मिकी, २०१५, ५८, १, ५-१७)। लेकिन तथ्य यह है कि यह खोज केवल एक ही नहीं है। सबसे पुराने ज्ञात यूकेरियोट को अब मशरूम जैसा जीव माना जाता है। डिस्कग्मा बटनी२.२ अरब वर्ष पुराना ( प्रीकैम्ब्रियन रिसर्च, 2013, 235, 71-87)। और फिर रहस्यमय बड़े सर्पिल-आकार के जीव हैं - सबसे अधिक संभावना शैवाल, जिसके अवशेष कम से कम 2.1 बिलियन वर्ष पुराने हैं, जैसे कि इन्फ्लूएंजा ( प्रकृति, २०१०, ४६६, ७३०२, १००-१०४)। लेकिन सबसे पहले यूनिकेल्युलर जीव, स्पष्ट रूप से यूकेरियोट्स के रूप में पहचाने जाते हैं, केवल 1.6 अरब वर्ष पुराने हैं ( , २००६, ३६१, १४७०, १०२३-१०३८)। यह, निश्चित रूप से, इसका मतलब यह नहीं है कि बहुकोशिकीय यूकेरियोट्स वास्तव में एककोशिकीय लोगों से पहले दिखाई दिए - यह धारणा सभी उपलब्ध आणविक डेटा का खंडन करती है। एकल-कोशिका वाले बस बदतर रूप से संरक्षित होते हैं, और उनके पास कम संकेत होते हैं जिनके द्वारा कोई जीव को निर्धारित कर सकता है।

फिर भी, इस तरह की डेटिंग से बहुत महत्वपूर्ण निष्कर्ष निकलते हैं। याद दिला दें कि ऑक्सीजन क्रांति की तारीख 2.4 अरब साल पहले की है। इसलिए, हम जानते हैं कि इसके केवल 200 मिलियन वर्ष बाद, न केवल यूकेरियोट्स, बल्कि बहुकोशिकीय यूकेरियोट्स जीवाश्म रिकॉर्ड में दिखाई देते हैं। इसका मतलब है कि यूकेरियोट्स के विकास के पहले चरण वैश्विक इतिहास के मानकों से बहुत जल्दी पारित हो गए थे। बेशक, यूकेरियोटिक कोशिका को माइटोकॉन्ड्रिया के पूर्वजों के साथ एक सहजीवन बनाने, एक नाभिक बनाने और साइटोस्केलेटन को जटिल बनाने में समय लगा - सहायक संरचनाओं की इंट्रासेल्युलर प्रणाली। लेकिन जब ये प्रक्रिया समाप्त हो गई, तो लगभग तुरंत पहले बहुकोशिकीय जीवों का निर्माण संभव हो गया। इसके लिए पिंजरे के स्तर पर किसी अतिरिक्त अनुकूलन की आवश्यकता नहीं थी। किसी भी यूकेरियोटिक कोशिका में पहले से ही ऐसी कोशिकाओं से बहुकोशिकीय शरीर (कम से कम अपेक्षाकृत सरल) बनाने के लिए आवश्यक आणविक तत्वों का एक पूरा सेट होता है। बेशक, ये सभी तत्व एक कोशिका के जीवन के लिए कम उपयोगी नहीं हैं, अन्यथा वे बस उत्पन्न नहीं होते। यूकेरियोट्स के सामान्य पूर्वज, बिना किसी संदेह के, एककोशिकीय थे, और इसके कई वंशजों को कभी भी बहुकोशिकीयता की आवश्यकता नहीं थी। हम आधुनिक एककोशिकीय यूकेरियोट्स के उदाहरण जानते हैं - अमीबा, यूग्लेना, सिलिअट्स - स्कूल की पाठ्यपुस्तकों के लिए धन्यवाद, लेकिन वास्तव में उनमें से कई और भी हैं।

ऑक्सीजन क्रांति का वातावरण की संरचना पर एक और महत्वपूर्ण प्रभाव पड़ा। आर्कियन वातावरण नाइट्रोजन (जैसा कि अभी है), साथ ही साथ कार्बन डाइऑक्साइड और मीथेन (अब से कहीं अधिक) में समृद्ध था। कार्बन डाइऑक्साइड और मीथेन इन्फ्रारेड विकिरण को बहुत अच्छी तरह से अवशोषित करते हैं और इस तरह पृथ्वी के वायुमंडल में गर्मी बरकरार रखते हैं, इसे अंतरिक्ष में जाने से रोकते हैं। इसे हरित गृह प्रभाव कहते हैं। इसके अलावा, यह माना जाता है कि मीथेन से ग्रीनहाउस प्रभाव कार्बन डाइऑक्साइड की तुलना में कम से कम 20-30 गुना अधिक मजबूत होता है। और आर्कियन काल में, पृथ्वी के वायुमंडल में अब की तुलना में लगभग 1000 गुना अधिक मीथेन था, और इसने एक गर्म जलवायु प्रदान की।

यहां खगोल विज्ञान भी हस्तक्षेप करता है। तारकीय विकास के आम तौर पर स्वीकृत सिद्धांत के अनुसार, सूर्य की चमक धीरे-धीरे लेकिन लगातार बढ़ रही है। आर्कियन में, यह आधुनिक का केवल 70-80% था - यह समझ में आता है कि ग्रह को गर्म रखने के लिए ग्रीनहाउस प्रभाव क्यों महत्वपूर्ण था। लेकिन ऑक्सीजन क्रांति के बाद, वातावरण ऑक्सीकरण हो गया और लगभग सभी मीथेन (सीएच 4) कार्बन डाइऑक्साइड (सीओ 2) में बदल गया, जो ग्रीनहाउस गैस के रूप में बहुत कम कुशल है। इसने विनाशकारी हूरोनियन हिमनद का कारण बना, जो लगभग 100 मिलियन वर्षों तक चला और कुछ बिंदुओं पर पूरी पृथ्वी को कवर किया: हिमनदों के निशान भूमि क्षेत्रों पर पाए गए जो भूमध्य रेखा से केवल कुछ डिग्री अक्षांश थे ( , 2005, 102, 32, 11131-11136)। हूरोनियन हिमनद का शिखर 2.3 अरब साल पहले आया था। सौभाग्य से, हिमाच्छादन पृथ्वी के मेंटल की विवर्तनिक गतिविधि को रोक नहीं सका; ज्वालामुखियों ने वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड का उत्सर्जन जारी रखा, और समय के साथ यह ग्रीनहाउस प्रभाव को बहाल करने और बर्फ को पिघलाने के लिए पर्याप्त रूप से जमा हो गया।

हालांकि, मुख्य जलवायु परीक्षण अभी भी आगे थे।

बोरिंग बिलियन का अंत

प्रोटेरोज़ोइक की शुरुआत की अशांत घटनाओं के बाद तथाकथित "उबाऊ अरब वर्ष" ( बोरिंग अरब) इस समय, कोई हिमनद नहीं थे, वातावरण की संरचना में कोई अचानक परिवर्तन नहीं हुआ था, कोई जीवमंडलीय उथल-पुथल नहीं थी। यूकेरियोटिक शैवाल महासागरों में रहते थे, धीरे-धीरे ऑक्सीजन छोड़ते थे। उनकी दुनिया अपने तरीके से विविध और जटिल थी। उदाहरण के लिए, "उबाऊ अरब" के युग से ज्ञात बहुकोशिकीय लाल और पीले-हरे शैवाल, आश्चर्यजनक रूप से उनके आधुनिक रिश्तेदारों के समान हैं ( रॉयल सोसाइटी बी के दार्शनिक लेन-देन, २००६, ३६१, १४७०, १०२३-१०३८)। इस समय मशरूम भी दिखाई देते हैं ( पुराजैविकी, 2005, 31, 1, 165-182)। लेकिन बहुकोशिकीय जानवर "उबाऊ अरब साल" की विशालता में अनुपस्थित हैं। आइए सावधान रहें: फिलहाल, कोई भी पूरे विश्वास के साथ नहीं कह सकता कि तब बहुकोशिकीय जानवर नहीं थे, लेकिन इस विषय पर सभी डेटा, सबसे अच्छा, बहुत विवादास्पद है ( प्रीकैम्ब्रियन रिसर्च, 2013, 235, 71–87).

यहाँ क्या बात है? यह विचार स्वयं ही बताता है कि बहुकोशिकीयता किसी जानवर की तुलना में पौधे की जीवन शैली के साथ बहुत अधिक संगत है। कोई भी पादप कोशिका एक कठोर कोशिका भित्ति से घिरी होती है, और इसमें कोई संदेह नहीं है कि यह नियमन की बहुत सुविधा प्रदान करता है आपसी स्वभावएक जटिल शरीर में कोशिकाएं। इसके विपरीत, पशु कोशिकाओं में कोशिका भित्ति की कमी होती है, उनका आकार अस्थिर होता है, और यहां तक ​​​​कि फागोसाइटोसिस के कार्यों के दौरान भी लगातार बदलता रहता है, अर्थात खाद्य कणों का अवशोषण। ऐसी कोशिकाओं से पूरे जीव को इकट्ठा करना एक मुश्किल काम है। यदि कोई बहुकोशिकीय जानवर बिल्कुल भी दिखाई नहीं देते हैं, और पौधों या कवक के प्रतिनिधि जीवविज्ञानी बन जाते हैं, तो सबसे अधिक संभावना है, वे इस समस्या का अध्ययन करने के बाद इस निष्कर्ष पर पहुंचेंगे कि सेल की दीवार की अनुपस्थिति के साथ बहुकोशिकीयता का संयोजन बस असंभव है। किसी भी मामले में, यह बताता है कि शैवाल के विभिन्न समूहों में कई बार बहुकोशिकीय क्यों उत्पन्न हुए हैं, लेकिन केवल एक बार - जानवरों में।

एक और विचार भी है। 1959 में, कनाडा के प्राणी विज्ञानी जॉन राल्फ नर्सेल ने जीवाश्म रिकॉर्ड में जानवरों की अचानक (जैसा कि तब माना जाता था) उपस्थिति को वातावरण में ऑक्सीजन की एकाग्रता में वृद्धि के साथ जोड़ा (जैसा कि तब माना जाता था) प्रकृति, १९५९, १८३, ४६६९, ११७०-११७२)। जानवरों में, एक नियम के रूप में, सक्रिय गतिशीलता होती है, जिसके लिए इतनी ऊर्जा की आवश्यकता होती है कि वे ऑक्सीजन की सांस के बिना नहीं कर सकते। और आपको बहुत अधिक ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। और "उबाऊ अरब" के युग में, वातावरण में ओ 2 सामग्री लगभग निश्चित रूप से वर्तमान स्तर के 10% तक नहीं पहुंच पाई - न्यूनतम अक्सर पशु जीवन का समर्थन करने के लिए आवश्यक माना जाता है। सच है, यह संदेहास्पद रूप से गोल आंकड़ा सबसे अधिक बताया गया है ( नेशनल एकेडमी ऑफ़ साइंस, यूएसए की कार्यवाही, 2014, 111, 11, 4168–4172)। हालांकि, इस तरह के आरक्षण हमें यह स्वीकार करने से नहीं रोकते हैं कि नेर्सल का पुराना विचार कम से कम आधुनिक डेटा का खंडन नहीं करता है: बहुकोशिकीय जानवरों के विकास की अनुमानित शुरुआत बहुत अनुमानित है, लेकिन समय के साथ वायुमंडलीय ऑक्सीजन की एकाग्रता में एक नई वृद्धि के साथ मेल खाती है। प्रोटेरोज़ोइक के अंत में ( पारिस्थितिकी, विकास और प्रणाली की वार्षिक समीक्षा, २०१५, ४६, २१५-२३५)। यह बस मदद नहीं कर सकता था, लेकिन एक कारक बन सकता है जिसने जानवरों की उपस्थिति को सुविधाजनक बनाया: आखिरकार, जितना अधिक ऑक्सीजन, उतना ही बेहतर। केवल ऑक्सीजन कारक को सख्ती से केवल एक ही न मानें। हमें याद रखना चाहिए कि ऐसे समय में भी जब जरूरत के मुताबिक ऑक्सीजन थी, जानवरों के प्रकार की बहुकोशिकीयता बनाने के लिए बार-बार प्रयास नहीं किए गए थे। यह प्रयोग प्रकृति को केवल एक बार सफल हुआ है।

"उबाऊ अरब वर्ष" का आरामदायक युग लंबे समय तक चल सकता था यदि भूगोल ने जीव विज्ञान में हस्तक्षेप नहीं किया होता। नाटकीय घटनाओं, जिनमें से नायक स्वयं ग्रह था, ने आधी शताब्दी तक वैज्ञानिकों का ध्यान आकर्षित किया, लेकिन केवल 15 साल पहले, उनके बारे में जानकारी को कम या ज्यादा अभिन्न चित्र में जोड़ा जा सका। आइए इस तस्वीर पर एक नज़र डालते हैं, शुरुआत से ही, जैसा कि होना चाहिए।

1964 में, अंग्रेजी भूविज्ञानी ब्रायन हारलैंड ने एक लेख प्रकाशित किया जिसमें उन्होंने कहा कि बिल्कुल सभी महाद्वीपों पर प्राचीन हिमनदी के निशान एक ही समय के हैं - लेट प्रोटेरोज़ोइक। यह 60 के दशक की शुरुआत में था कि भूवैज्ञानिकों ने चट्टानों के चुंबकीयकरण पर डेटा का उपयोग करके महाद्वीपों की पिछली स्थिति का निर्धारण करना सीखा। हार्लैंड ने इस डेटा को एकत्र किया और देखा कि इसे समझाने का केवल एक ही तरीका था: यह मानते हुए कि लेट प्रोटेरोज़ोइक हिमनद ने पृथ्वी के सभी अक्षांशों को एक ही बार में कवर किया, अर्थात यह ग्रहीय था। कोई अन्य परिकल्पना और भी कम प्रशंसनीय लगती थी (उदाहरण के लिए, किसी को ध्रुवों की अविश्वसनीय रूप से तेज़ गति माननी होगी ताकि सभी पृथ्वी बदले में ध्रुवीय टोपी से ढकी हो)। जैसा कि शर्लक होम्स ने जोनाथन स्मॉल की अपनी खोज के दौरान कहा था, "असंभव को फेंक दो, जो बचता है वह उत्तर होगा, चाहे वह कितना भी अविश्वसनीय क्यों न लगे।" ठीक यही हारलैंड ने किया था। एक सह-लेखक के साथ उनके द्वारा लिखा गया विस्तृत लेख किसी सनसनी का ढोंग नहीं करता है - यह केवल ईमानदारी से तथ्यों और निष्कर्षों को निर्धारित करता है ( अमेरिकी वैज्ञानिक, १९६४, २११, २, २८-३६)। और फिर भी अधिकांश वैज्ञानिकों के लिए ग्रहों के हिमनद की परिकल्पना बहुत साहसिक थी।

वस्तुतः उन्हीं वर्षों में, प्रसिद्ध भूभौतिकीविद्, लेनिनग्राडर मिखाइल इवानोविच बुडको ने ग्लेशियरों के सिद्धांत को अपनाया। उन्होंने इस तथ्य पर ध्यान आकर्षित किया कि हिमाच्छादन स्वयं विकसित हो सकता है। बर्फ के आवरण में उच्च परावर्तन (अल्बेडो) होता है; इसलिए, कुल ग्लेशियर क्षेत्र जितना बड़ा होगा, सौर विकिरण का अनुपात उतना ही अधिक होगा जो अंतरिक्ष में वापस परावर्तित होगा, इसके साथ गर्मी को दूर ले जाएगा। और पृथ्वी जितनी कम गर्मी प्राप्त करती है, उतनी ही ठंडी होती जाती है, और परिणामस्वरूप बर्फ का आवरण क्षेत्र बढ़ता है, जिससे अल्बेडो और भी अधिक बढ़ जाता है। यह पता चला है कि हिमाच्छादन सकारात्मक प्रतिक्रिया के साथ एक प्रक्रिया है, अर्थात यह खुद को मजबूत करने में सक्षम है। और इस मामले में, कुछ होना चाहिए महत्वपूर्ण स्तरहिमनद, जिसके बाद यह तब तक बढ़ेगा जब तक कि उत्तरी और दक्षिणी ध्रुवों से बर्फ की लहरें भूमध्य रेखा पर नहीं गिरतीं, ग्रह को पूरी तरह से बर्फ के आवरण में घेर लेती हैं और इसके तापमान को कई दसियों डिग्री कम कर देती हैं। बुड्यो ने गणितीय रूप से दिखाया कि घटनाओं का ऐसा विकास संभव है ( हमें बताओ, 1969, 21, 5, 611-619)। लेकिन उसे इस बात का अंदाजा नहीं था कि पृथ्वी के इतिहास में ऐसा कई बार हुआ है! क्योंकि उस समय बुड्यो और हारलैंड ने अभी तक एक-दूसरे को नहीं पढ़ा था।

स्नोबॉल पृथ्वी

अब हार्लैंड ने जिस हिमनद की खोज की उसे आमतौर पर "स्नोबॉल अर्थ" का युग कहा जाता है ( स्नोबॉल पृथ्वी) जाहिर है, यह वास्तव में ग्रह था। और इसका मुख्य कारण कार्बन डाइऑक्साइड की सांद्रता में गिरावट के कारण ग्रीनहाउस प्रभाव का तेज कमजोर होना माना जाता है (जो ऑक्सीजन के बाद मुख्य ग्रीनहाउस गैस बन गया "लगभग सभी मीथेन" खा लिया)। प्रकाश संश्लेषण और श्वसन का इससे कोई लेना-देना नहीं है। यदि पृथ्वी के बायोटा ने अपने लिए ऑक्सीजन क्रांति की व्यवस्था की, तो अब यह एक बाहरी कारक का शिकार हो गया है, जो पूरी तरह से गैर-जैविक प्रकृति का है।

तथ्य यह है कि कार्बन डाइऑक्साइड का कारोबार ऑक्सीजन के कारोबार की तुलना में जीवित प्राणियों पर बहुत कम निर्भर है। पृथ्वी पर वायुमंडलीय CO2 का मुख्य स्रोत अभी भी ज्वालामुखी विस्फोट है, और मुख्य सिंक एक प्रक्रिया है जिसे रासायनिक अपक्षय कहा जाता है। कार्बन डाइऑक्साइड चट्टानों के साथ संपर्क करता है, उन्हें नष्ट कर देता है, और स्वयं कार्बोनेट (एचसीओ 3 - या सीओ 3 2− आयन) में बदल जाता है। उत्तरार्द्ध पानी में अच्छी तरह से घुल जाते हैं, लेकिन वे अब वायुमंडल में प्रवेश नहीं करते हैं। और परिणाम एक अत्यंत सरल निर्भरता है। यदि ज्वालामुखियों की तीव्रता रासायनिक अपक्षय की तीव्रता से अधिक हो जाती है, तो CO2 की वायुमंडलीय सांद्रता बढ़ जाती है। यदि इसके विपरीत गिरता है।

800 मिलियन वर्ष पहले "उबाऊ अरब" के अंत में, पृथ्वी की लगभग सभी भूमि रोडिनिया नामक एकमात्र सुपरकॉन्टिनेंट का हिस्सा थी। एक प्रसिद्ध भूविज्ञानी के अनुसार, विशाल सुपरकॉन्टिनेंट, पृथ्वी के सामाजिक इतिहास में बड़े साम्राज्यों की तरह, हमेशा अस्थिर रहे हैं (वीई खैन, एमजी लोमिज़े। जियोटेक्निक, जियोडायनामिक्स की मूल बातें के साथ। एम: मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी का पब्लिशिंग हाउस, 1995) ) इसलिए, यह आश्चर्य की बात नहीं है कि रोडिनिया अलग होने लगा। दोषों के किनारों पर, फटा हुआ बेसाल्ट जम गया, जो तुरंत रासायनिक अपक्षय का उद्देश्य बन गया। तब मिट्टी नहीं थी, और अपक्षय के उत्पादों को आसानी से समुद्र में ले जाया जाता था। रोडिनिया अंततः सात या आठ छोटे में विभाजित हो गया - ऑस्ट्रेलिया के आकार के बारे में - महाद्वीप जो अलग हो गए। बेसाल्ट के अपक्षय के लिए CO2 की खपत से वातावरण में इसके स्तर में गिरावट आई है।

ज्वालामुखी, जो अनिवार्य रूप से सुपरकॉन्टिनेंट के विघटन के साथ था, एक आकस्मिक परिस्थिति के लिए नहीं तो इसकी भरपाई कर सकता था। महाद्वीपीय बहाव के कुछ विचित्रताओं के कारण, रोडिनिया और उसके टुकड़े दोनों भूमध्य रेखा पर, एक गर्म बेल्ट में स्थित थे, जहां रासायनिक अपक्षय विशेष रूप से तेजी से आगे बढ़ता था। गणितीय मॉडल दिखाते हैं कि यही कारण है कि सीओ 2 की एकाग्रता उस सीमा से नीचे गिर गई है जिसके आगे हिमनद शुरू होता है ( प्रकृति, 2004, 428, 6980, 303-306)। और जब यह शुरू हुआ, तब तक अपक्षय को धीमा करने में बहुत देर हो चुकी थी।

यह स्वीकार किया जाना चाहिए कि स्वर्गीय प्रोटेरोज़ोइक में महाद्वीपों की स्थिति यथासंभव दुर्भाग्यपूर्ण (ग्रह के निवासियों के दृष्टिकोण से) थी। महाद्वीपीय बहाव पृथ्वी के मेंटल में सामग्री के प्रवाह द्वारा संचालित होता है, जिसकी गतिशीलता वास्तव में अज्ञात है। लेकिन हम जानते हैं कि इस मामले में, इन धाराओं ने पृथ्वी की सभी भूमि को एक ही महाद्वीप में एकत्रित किया है, जो भूमध्य रेखा पर स्थित है और अक्षांश में विस्तारित है। यदि यह ध्रुवों में से एक पर होता या उत्तर से दक्षिण तक फैला होता, तो हिमाच्छादन की शुरुआत से चट्टानों का हिस्सा अपक्षय से बंद हो जाता और इस तरह वातावरण से कार्बन डाइऑक्साइड का पलायन रुक जाता - तो प्रक्रिया धीमी हो सकती थी। हम अभी ऐसी ही स्थिति देख रहे हैं, जब अंटार्कटिका और ग्रीनलैंड की बर्फ की चादरें हैं ( अमेरिकी वैज्ञानिक, 1999, 9, 38)। और प्रोटेरोज़ोइक के अंत में, भूमि के लगभग सभी बड़े क्षेत्र भूमध्य रेखा के करीब थे - और उस समय तक उजागर हुए जब उत्तरी और दक्षिणी बर्फ की चादरें बंद हो गईं। पृथ्वी बर्फ का गोला बन गई है।

वास्तव में, स्नोबॉल अर्थ के कम से कम तीन एपिसोड थे। उनमें से पहला हूरोनियन हिमनद से संबंधित था (जो, जैसा कि हमें याद है, कार्बन डाइऑक्साइड के कारण नहीं, बल्कि मीथेन के कारण था)। फिर, एक अरब से अधिक वर्षों तक, कोई हिमस्खलन नहीं था। और फिर दो और ग्रहों के हिमनद, एक छोटे से विराम से अलग हो गए, जिनमें से एक लगभग 60 मिलियन वर्ष तक चला, दूसरा - लगभग 15 मिलियन वर्ष। इनकी खोज ब्रायन हारलैंड ने की थी। इन हिमनदों को कवर करने वाली भूवैज्ञानिक अवधि को क्रायोजेनी कहा जाता है (यह प्रोटेरोज़ोइक का हिस्सा है)।

क्रायोजेनी की जीवित प्रकृति के बारे में बहुत कम जानकारी है। उस समय पूरी पृथ्वी पर जलवायु, आज के मानकों के अनुसार, अंटार्कटिका थी। अधिकांश महासागर बर्फ की एक किलोमीटर लंबी परत से ढके हुए थे, इसलिए प्रकाश संश्लेषण की दर अधिक नहीं हो सकती थी। प्रकाश, अप्रत्याशित रूप से एक मूल्यवान संसाधन बन गया, केवल दरारों, उद्घाटनों, या पतली बर्फ के छोटे-छोटे पैच के माध्यम से, स्थानों में समुद्र में प्रवेश किया। यह आश्चर्य की बात है कि कुछ बहुकोशिकीय जीव बिना किसी बदलाव के क्रायोजेनी से बचने में कामयाब रहे हैं, जैसे कि लाल शैवाल। वे अब बहुत कमजोर प्रकाश का उपयोग करने के लिए अनुकूलित हैं, इतनी गहराई तक प्रवेश करते हैं, जहां कोई अन्य प्रकाश संश्लेषक जीव अब नहीं रहते हैं (यू। टी। डायकोव। एल्गोलॉजी और माइकोलॉजी का परिचय। एम।: मॉस्को स्टेट यूनिवर्सिटी, 2000 का पब्लिशिंग हाउस)। एककोशिकीय प्लवक भी कहीं नहीं गया है। क्रायोजेनिक महासागर में ऑक्सीजन की मात्रा में नाटकीय रूप से गिरावट आई है, इसलिए इसके तल पर जीवन अधिकतर अवायवीय था, लेकिन इसका विवरण अभी भी हमसे छिपा हुआ है।

"स्नोबॉल अर्थ" के एपिसोड के अंत भी अपने तरीके से नाटकीय हैं। ग्रहों के हिमनदों के दौरान, कार्बन डाइऑक्साइड की बड़ी मात्रा के अवशोषण से जुड़ी सभी प्रक्रियाएं सचमुच जमी हुई थीं। इस बीच, ज्वालामुखियों (जिनका काम किसी ने बंद नहीं किया) ने बाहर फेंक दिया और CO 2 को वायुमंडल में छोड़ दिया, धीरे-धीरे इसकी एकाग्रता को भारी मूल्यों पर लाया। कुछ बिंदु पर, बर्फ की चादर अब ग्रीनहाउस प्रभाव का विरोध नहीं कर सकती थी, और फिर ग्रह को गर्म करने की हिमस्खलन जैसी प्रक्रिया शुरू हुई। वस्तुतः कई हज़ार वर्षों में - यानी, भूगर्भीय रूप से एक पल में - सभी बर्फ पिघल गई, छोड़ा गया पानी उथले सीमांत समुद्रों के साथ भूमि के एक महत्वपूर्ण हिस्से में बाढ़ आ गई, और तापमान पृथ्वी की सतह, गणनाओं को देखते हुए, ५० ° तक कूद गया ( इंजीनियरिंग और विज्ञान, २००५, ४, १०-२०)। और इसके बाद ही पृथ्वी ने "सामान्य" गैर-हिमनद अवस्था में धीरे-धीरे वापसी शुरू की। क्रायोजेनेसिस के दौरान, यह पूरा चक्र कम से कम दो बार पारित किया गया था।

चीन और संयुक्त राज्य अमेरिका के शोधकर्ताओं ने 635 मिलियन वर्ष पुराने दक्षिणी चीन से चट्टानों में विभिन्न मैग्नीशियम समस्थानिकों की सामग्री का विश्लेषण किया है। विभिन्न मैग्नीशियम समस्थानिकों की सामग्री ने संकेत दिया कि उस समय ये चट्टानें कार्बोनिक एसिड के प्रभाव में गंभीर क्षरण के दौर से गुजर रही थीं। खोज लंबे समय से विकसित परिकल्पना की पुष्टि करती है कि स्नोबॉल पृथ्वी पिघल गई जब अम्लीय वर्षा उसके ऊपर गिरने लगी। इसी में प्रकाशित राष्ट्रीय विज्ञान अकादमी की कार्यवाही.

वैज्ञानिकों ने चट्टान के एक टुकड़े की जांच की है जो 635 मिलियन वर्ष पहले एक पर्वत शिखर का हिस्सा था। यह उस समय पृथ्वी को ढकने वाले ग्रहीय ग्लेशियर के ऊपर फैला हुआ था, और कार्बोनिक एसिड युक्त बारिश के सीधे संपर्क में था। इससे ग्लेशियर में मैग्नीशियम के समस्थानिकों का अनुपात बदल गया। जैसा कि शोधकर्ताओं ने नोट किया, उनकी खोज से पता चलता है कि यह हवा में कार्बन डाइऑक्साइड की भारी सांद्रता थी जिसके कारण पृथ्वी का पिघलना हुआ। यदि यह कार्बोनिक एसिड के साथ वर्षा के लिए पर्याप्त था, तो ग्रीनहाउस प्रभाव आज के मानकों से अकल्पनीय स्तर पर पहुंच गया।

इसके अलावा, नया कार्य कार्बोनेट "कैप" के स्रोत की ओर इशारा करता है - कार्बोनेट जमा की एक परत जो वैश्विक हिमनदी की परतों पर निर्भर करती है। कार्बोनिक एसिड एक संक्षारक रासायनिक माध्यम था जिसके माध्यम से चट्टानों से कार्बोनेट बनते थे। पिघलने वाले पानी के साथ, वे महासागरों में बह गए, जहां वे कैल्शियम यौगिकों की सामग्री में तेज वृद्धि का आधार बन गए। इस पदार्थ की अधिकता ने कैम्ब्रियन जीवों के निर्माण में बड़ी भूमिका निभाई। तत्कालीन बहुकोशिकीय जीव अक्सर बाहरी कठोर दोषों को "निर्माण" करने के लिए कैल्शियम का उपयोग करते थे।

हमारे ग्रह की जलवायु लंबे समय में कार्बन चक्र द्वारा नियंत्रित होती है। यदि यह उस पर बहुत गर्म है, तो हवा से कार्बन डाइऑक्साइड चट्टानों द्वारा सक्रिय रूप से अवशोषित हो जाती है। हवा में कार्बन डाइऑक्साइड की कम सामग्री के साथ, ग्रीनहाउस प्रभाव कमजोर हो जाता है - और पृथ्वी फिर से ठंडी हो जाती है। यदि यह ठंडा हो जाता है, तो रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर धीमी हो जाती है और वातावरण में जमा होने वाली चट्टानों द्वारा कार्बन डाइऑक्साइड कम अवशोषित होती है। इससे आता है ग्लोबल वार्मिंग, और जलवायु अभी भी सामान्य हो रही है। 650 मिलियन वर्ष पहले, यह प्राकृतिक थर्मोस्टेट उन कारणों से विफल हो गया था जो अभी तक स्पष्ट नहीं हैं।

एक बार इतना कम कार्बन डाइऑक्साइड था कि ग्रह पर एक वैश्विक हिमनद स्थापित हो गया था: भूमध्य रेखा पर भी सभी पानी और भूमि बर्फ से ढकी हुई थी। भूविज्ञान में इस अवस्था को स्नोबॉल अर्थ कहा जाता है। कार्बन चक्र के तर्क के अनुसार, समय के साथ, वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड की भरपाई करने वाले ज्वालामुखी विस्फोटों ने इसकी सांद्रता को अत्यधिक मूल्यों तक बढ़ा दिया होगा, क्योंकि बर्फ के नीचे से चट्टानें और समुद्र का पानी प्रमुख ग्रीनहाउस गैस को बांध नहीं सकता था। समय के साथ, हवा में इसका हिस्सा इतना बढ़ गया कि बर्फ से सूर्य के प्रकाश के परावर्तन के कारण ग्रीनहाउस प्रभाव ने पृथ्वी की ठंडक पर काबू पा लिया।

परिकल्पना में एक गंभीर दोष था: इसका परीक्षण करना बहुत कठिन था। सिद्धांत रूप में, हवा में कार्बन डाइऑक्साइड की एक उच्च सांद्रता कार्बोनिक एसिड के सहज गठन और अम्लीय वर्षा के रूप में पानी के साथ इसकी वर्षा की ओर ले जाती है। हालांकि, पहले ऐसी बारिश के प्रत्यक्ष रासायनिक निशान खोजने के सभी प्रयास असफल रहे थे। तथ्य यह है कि वे तब चले जब ग्रह पूरी तरह से बर्फ से ढका हुआ था और चट्टानों तक पहुंचना बहुत मुश्किल था।

7.10.11 कुछ शोधकर्ताओं का मानना ​​​​है कि हमारे ग्रह के इतिहास में दो या तीन बार एक अवधि थी, जिसे पारंपरिक रूप से "पृथ्वी-स्नोबॉल" कहा जाता था, जब बर्फ लगभग पूरी तरह से पृथ्वी की सतह को कवर करती थी। पिछली बार ऐसा लगभग 635 मिलियन वर्ष पहले हुआ था। फिर, कई कारणों से, ग्रीनहाउस प्रभाव हुआ, और ग्रह पिघल गया।

हालांकि, वैज्ञानिकों की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने उस समय वायुमंडलीय कार्बन डाइऑक्साइड सांद्रता में वृद्धि पर सवाल उठाया था। नए आंकड़ों के अनुसार, ग्रीनहाउस प्रभाव इतना मजबूत नहीं था कि मोटी बर्फ को पिघला सके। नतीजतन, पृथ्वी एक बड़े स्नोबॉल में नहीं बदली।

परिकल्पना के पक्ष में मुख्य साक्ष्य हिमनद जमा हैं, जो भूमध्य रेखा में 635 मिलियन वर्ष पहले थे। उनके ऊपर "कैप कार्बोनेट्स" की एक परत होती है, जिसके बारे में माना जाता है कि यह तब बनी थी जब ग्लेशियर पिघले थे या उसके तुरंत बाद, यानी जब वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड प्रचुर मात्रा में था।

ऐसा माना जाता है कि "स्नोबॉल अर्थ" अवधि समाप्त हो गई जब वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड का स्तर बढ़ गया। ज्वालामुखी गतिविधि इसका कारण हो सकती है। वे कारक, जो सामान्य परिस्थितियों में, वातावरण से कार्बन डाइऑक्साइड को हटाते हैं, बर्फ से अवरुद्ध हो गए हैं। इसके अलावा, ठंड के मौसम ने अपक्षयित चट्टानों को कार्बन डाइऑक्साइड को अवशोषित करने से बाइकार्बोनेट बनाने से रोक दिया। यह सब वातावरण में ग्रीनहाउस गैसों के संचय का कारण बना।

शोधकर्ताओं ने यह पता लगाने का फैसला किया कि उस समय वातावरण में कितनी कार्बन डाइऑक्साइड थी। ऐसा करने के लिए, उन्होंने उस समय की ब्राजीलियाई चट्टानों की रासायनिक संरचना और उनके अंदर जीवाश्म कार्बनिक पदार्थों का विश्लेषण किया। विशेषज्ञ आइसोटोप अनुपात में रुचि रखते थे।

दोनों नस्लों और कार्बनिक पदार्थ(मुख्य रूप से शैवाल) समुद्र में घुली कार्बन डाइऑक्साइड से कार्बन निकालते हैं। गैस की सांद्रता में कमी इस तथ्य की ओर ले जाती है कि शैवाल भारी आइसोटोप पर झुकना शुरू कर देते हैं। दूसरी ओर, कार्बोनेट चट्टानों में कार्बन समस्थानिकों का अनुपात कार्बन डाइऑक्साइड की सांद्रता की परवाह किए बिना नहीं बदलता है।

स्टोन और ऑर्गेनिक्स के संकेतकों की तुलना से पता चला है कि वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड की सांद्रता पिछले अनुमानों की तुलना में बहुत कम थी। इसे ९० हजार भाग प्रति मिलियन कहा गया था, और नए विश्लेषण का दावा है कि यह प्रति मिलियन ३,२०० भागों से कम था। यह संभव है कि एकाग्रता आज (लगभग 400 पीपीएम) के करीब पहुंच रही हो।

ओगिल्वी पर्वत (युकोन टेरिटरी, कनाडा) में लाल-भूरा, लौह-समृद्ध हिमनद जमा। वे 716.2 मिलियन वर्ष पहले बने थे, जब ग्रह लगभग पूरी तरह से बर्फ से ढका हुआ हो सकता है। (फ्रांसिस मैकडोनाल्ड द्वारा फोटो।)

"और चूंकि वातावरण में कार्बन डाइऑक्साइड की कोई उच्च सांद्रता नहीं थी, इसका मतलब है कि स्नोबॉल पृथ्वी नहीं हो सकती थी, अन्यथा पृथ्वी आज तक जमी हुई होती," पेरिस में भूभौतिकीय संस्थान से अध्ययन के लेखक मगाली एडर का सारांश है। फ्रांस)।

हालाँकि, वह चेतावनी देती है कि कई अस्पष्टताएँ बनी हुई हैं। यह संभव है, उदाहरण के लिए, कि चट्टानों को सही ढंग से दिनांकित नहीं किया गया था। एक संभावना यह भी है कि ग्रीनहाउस प्रभाव कार्बन डाइऑक्साइड के कारण नहीं, बल्कि मीथेन के कारण हुआ था ...