Ποιες ήταν οι πιο ψυχρές περίοδοι της Γης;

Για μεγάλο μέρος της ιστορίας του, ο πλανήτης μας ήταν θερμότερος - μερικές φορές πολύ πιο θερμός - από ό, τι είναι σήμερα. Αλλά ο πλανήτης μας ήταν επίσης αρκετά πιο ψυχρός σε ορισμένες χρονικές περιόδους. Οι επιστήμονες μπορεί να μην γνωρίζουν ακριβώς ποια περίοδος στην ιστορία των 4,54 δισεκατομμυρίων ετών του πλανήτη μας ήταν η πιο ψυχρή, αλλά έρευνες αποκάλυπτουν μερικές υποψήφιες γεωλογικές περιόδους. Όλες αυτές οι περίοδοι έχουν αναγνωριστεί ως "αρχαίες εποχές των παγετώνων".

Μερικές από τις πιο ψυχρές συνθήκες συνέβησαν πριν από περισσότερα από 2 δισεκατομμύρια χρόνια, μετά την αύξηση του ατμοσφαιρικού οξυγόνου. Η Γη μπήκε συχνά σε περιόδους βαθιάς ψύξης πριν από περίπου 750 και 600 εκατομμυρίων έτη. Αν και οι επιστήμονες δεν συμφωνούν ακριβώς πόσο εκτεταμένη ήταν η κάλυψη του πάγου κατά τη διάρκεια αυτών των χρόνων, τα στοιχεία δείχνουν ότι ο πάγος έφτασε στο επίπεδο της θάλασσας σε περιοχές του ισημερινού.

Τα τελευταία εκατομμύρια χρόνια, οι παγετώνες έχουν καλύψει τεράστιες εκτάσεις του βόρειου ημισφαιρίου. Αν και λιγότερο εκτεταμένοι από τους σχεδόν παγκόσμιους παγετώνες, οι εποχές των παγετώνων του Πλειστόκαινου (περίπου 2,6 εκατομμύρια έως 11.000 χρόνια πριν) μπορεί να έχουν τις πιο ψυχρές συνθήκες τα τελευταία μισό δισεκατομμύριο χρόνια. Μερικές από τις πιο σοβαρές ψυχρές περιόδους έζησε η Γη πριν περίπου 20.000 χρόνια.

Η εποχή των παγετώνων είναι μια περίοδος παγκόσμιων θερμοκρασιών ψυχρότερων από το συνηθισμένο, και επεκτάσεις παγετώνων και στρωμάτων πάγου περισσότερο από το συνηθισμένο. Οι εποχές των παγετώνων δεν φέρνουν αδυσώπητο κρύο. Αντίθετα, επεμβαίνουν σχετικά θερμές περίοδοι, έτσι οι εποχές των παγετώνων είναι ένας συνδυασμός παγετώνων που προχωρούν (παγετωνική περίοδος) και παγετώνων που υποχωρούν (μεσοπαγετωνική περίοδος). Αν και σχετικά θερμοί, οι μεσοπαγετώνοι εξακολουθούν να αποτελούν μέρος μιας εποχής παγετώνων.

Πώς γνωρίζουν οι επιστήμονες ότι συνέβησαν οι αρχαίες εποχές των παγετώνων; Σαφώς, τα θερμόμετρα δεν ήταν χρήσιμα όταν οι παγετώνες ηπειρωτικής κλίμακας έφτασαν ως τον ισημερινό. Τα στοιχεία για τις προηγούμενες εποχές των παγετώνων προέρχονται από τη γεωλογία. Στις αρχές του 19ου αιώνα, οι γεωλόγοι άρχισαν να βρίσκουν ενδείξεις που είχαν αφήσει αρχαία στρώματα πάγου. Οι παγετώνες, συνειδητοποίησαν οι γεωλόγοι, θα μπορούσαν να αφήσουν γιγάντιες γρατσουνιές σε βράχους και να μεταφέρουν ογκόλιθους σε μακρινές περιοχές, ρίχνοντας συχνά αυτούς τους βράχους στη θάλασσα.

Μόλις αναγνωρίστηκαν τα σημάδια των παγετώνων για την εποχή του Πλειστόκαινου, οι γεωλόγοι ήξεραν πώς να τα αναγνωρίσουν σε παλαιότερους βράχους. Ο συνδυασμός των στοιχείων για τους παγετώνες με τα στοιχεία για την τεκτονική των πλακών και την ηπειρωτική μετατόπιση επέτρεψε στους γεωλόγους να αναγνωρίσουν την παγετωνική δραστηριότητα εκατοντάδων εκατομμυρίων ετών πριν, όταν οι ήπειροι είχαν πολύ διαφορετική διαμόρφωση. Συνολικά, οι επιστήμονες έχουν εντοπίσει πάνω από δώδεκα εποχές παγετώνων στο γεωλογικό αρχείο, αρκετές από αυτές τα τελευταία μισό δισεκατομμύριο χρόνια. 

Η άνοδος του οξυγόνου και η πτώση της θερμοκρασίας

Μεταξύ των αρχαιότερων εποχών των παγετώνων που έχουν βρεθεί μέχρι στιγμής στα γεωλογικά αρχεία, είναι οι εποχές των παγετώνων του Huronian. Τουλάχιστον ένα από αυτά αποτελούσε αυτό που οι γεωλόγοι αποκαλούν γεγονός Snowball Earth, όταν η επιφάνεια του πλανήτη ήταν εντελώς, ή σχεδόν εξ' ολοκλήρου, παγωμένη. 

Οι παλαιοντολόγοι υποθέτουν ότι όταν η μικροβιακή ζωή εμφανίστηκε στη Γη πριν από περισσότερα από 3,5 δισεκατομμύρια χρόνια, τα μικρόβια ούτε παρήγαγαν ούτε χρειάζονταν οξυγόνο. Αντίθετα, όταν η ζωή εξελίχθηκε, η ατμόσφαιρα της Γης ήταν πολύ διαφορετική από αυτή που βιώνουμε σήμερα. Αν και τα επίπεδα αζώτου μπορεί να ήταν παρόμοια, η συγκέντρωση άλλων αερίων της ατμόσφαιρας ήταν πολύ διαφορετική. Το διοξείδιο του άνθρακα είχε συγκέντρωση περίπου από 10 έως 2.500 φορές μεγαλύτερη από τα σημερινά επίπεδα και η συγκέντρωση μεθανίου μπορεί να ήταν έως και 10.000 φορές υψηλότερο από τα σημερινά επίπεδα. Το ατμοσφαιρικό οξυγόνο ήταν ουσιαστικά ανύπαρκτο.

Οι επιστήμονες συζητούν πότε ακριβώς εξελίχθηκαν για πρώτη φορά τα μικρόβια ικανά να πραγματοποιήσουν φωτοσύνθεση και να παράγουν οξυγόνο ως υποπροϊόν. Οι εκτιμήσεις κυμαίνονται από περίπου 3,5 έως 2,5 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Οι πρώτοι κατασκευαστές οξυγόνου ήταν πιθανώς πρόγονοι των σύγχρονων κυανοβακτηρίων ή γαλαζοπράσινων φυκών.

Αρχικά, το οξυγόνο που παρήχθη από αυτούς τους πρώιμους φωτοσυνθέτες πιθανότατα αντέδρασε με τον σίδηρο στον ωκεανό, καθιζάνοντας σε στρώματα σκουριασμένου ιζήματος στον πυθμένα της θάλασσας πριν αρχίσει να συσσωρεύεται στην ατμόσφαιρα. Κάποιο μόριο οξυγόνου αντέδρασε με το μεθάνιο, μετατρέποντάς το σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Εν τω μεταξύ, οι πληθυσμοί μικροβίων φωτοσύνθεσης συνέχισαν να αυξάνονται, καταναλώνοντας περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα.

Το διοξείδιο του άνθρακα είναι αέριο του θερμοκηπίου και το μεθάνιο είναι ένα ακόμη πιο ισχυρό αέριο του θερμοκηπίου. Καθώς οι ατμοσφαιρικές συγκεντρώσεις αυτών των αερίων του θερμοκηπίου μειώθηκαν, οι παγκόσμιες θερμοκρασίες έπεσαν κατακόρυφα, βυθίζοντας τον πλανήτη σε μια σειρά εποχών παγετώνων. Οι εποχές των παγετώνων των Huronian και οι μεσοπαγετωνικές περίοδοι που τις χώριζαν πιθανότατα, διήρκεσαν συνολικά 300 εκατομμύρια χρόνια. Τα στοιχεία δείχνουν ότι αυτοί οι παγετώνες έφτασαν σε ισημερινές περιοχές στο επίπεδο της θάλασσας. (Ο πάγος εμφανίζεται σε ισημερινές περιοχές σήμερα, αλλά μόνο σε μεγάλα υψόμετρα, πχ στο Κιλιμάντζαρο)

Τα γεωλογικά στοιχεία αυτών των εποχών των παγετώνων ανακαλύφθηκαν για πρώτη φορά το 1907, σε παγετώνες κοντά στη λίμνηHuron. Από τότε, οι γεωλόγοι έχουν ανακαλύψει περισσότερα στοιχεία σε άλλα μέρη της Βόρειας Αμερικής, καθώς και στη Νότια Αφρική, τη Δυτική Αυστραλία και τη Βορειοανατολική Ευρώπη.

Η αύξηση της συγκέντρωσης του οξυγόνου επέτρεψε την εξέλιξη της πολύπλοκης ζωής που αναπνέει οξυγόνο και σχημάτισε το στρώμα του όζοντος της Γης, το οποίο βοηθά στην προστασία της ζωής από την επιβλαβή υπεριώδη ακτινοβολία του Ήλιου.

Πηγή: ΝΟΑΑ