Hubbardův ledovec, Aljaška. Kredit: robertraines/Flickr, CC BY 2.0

Relativně klidná oblast vesmíru, kterou dnes ve Sluneční soustavě obýváme, popírá ohnivou, násilnou minulost a mrazivou budoucnost. Tento seriál se zabývá geologickou a přírodní historií Země, počínaje vznikem naší Sluneční soustavy, přes dopady asteroidů a masová vymírání až po dnešní vliv člověka na životní prostředí. Abychom si skutečně uvědomili rozsah změn, kterými naše planeta prošla, musíme zrychleně projít obrovské časové úseky a zastavit se u důležitých milníků.

Dosud: Život na Zemi vznikl poměrně rychle, sotva 500 milionů let po vzniku naší planety staré 4,56 miliardy let. A zhruba před 2,4 miliardami let (bya) se v atmosféře a oceánech poprvé ve velkém měřítku objevil kyslík, který okamžitě způsobil masové vymírání a uvrhl Zemi do huronské doby ledové.

Během huronské doby ledové, způsobené nasycením ovzduší a vod novým plynem kyslíkem, se Země postupně ochlazovala, přestože jas Slunce s jejím stárnutím rostl. Kyslík v atmosféře odstranil metan, skleníkový plyn, který udržoval Zemi teplou. Doba ledová následovala po Velké kyslíkové události, prvním ze čtyřiadvaceti masových vymírání, která naše planeta zažila. Byly vyhubeny zástupy jednobuněčných forem života a ty, které přežily, byly zmrazeny v suspenzi plíživým chladem ze všech stran.

Důkazy o této době ledové se nacházejí podél stejnojmenného Huronského a Hořejšího jezera v Kanadě. Tato část Kanady je kráter, stará, stabilní část zemské kůry, která přetrvala dodnes. Tento kráter byl součástí Kenorlandu, superkontinentu, který existoval v blízkosti rovníkových oblastí Země. Ve skutečnosti i další kenorlandské krátery, například Michigan a západní Austrálie, vykazují známky rozsáhlých ledovcových usazenin z tohoto období.

Jak naše planeta pomalu mrzla a na souši i v moři se tvořily vrstvy ledu, začal se superkontinent Kenorland rozpadat. A při tom se oživila sopečná činnost. Na rozdíl od druhého superkontinentu zvaného Vaalbara byl Kenorland obrovský. Zatímco Vaalbara se rozpadla pouze na dva krátery, které se nyní nacházejí v Africe a Austrálii, Kenorland byl obrovský: tvořily ho krátery, které se nyní nacházejí v Kanadě, USA, Skandinávii, Grónsku a v poušti Kalahari na jihu Afriky. Když se tak velké pevniny rozpadnou jako kousky sušenky, způsobí extrémní změny globálního klimatu.

Především způsobují trhliny a šíření na mořském dně. To způsobuje zahřívání horní části mořského dna. Kůra plave na plášti a často ztrácí své spodní části vlivem viskózní roztavené horniny. Protože teplá hornina má mnohem menší hustotu, stoupá v plášti vzhůru, čímž se zvětšuje výška kontinentů. Zvýšení výšky znamená vyšší nadmořskou výšku, kde je chladnější vzduch. Kromě toho ohřev v oceánech způsobil zvýšený výpar, který pak zvýšil globální srážky. Tím se planeta dále ochlazovala. Jak planeta stále více zbělávala, zvyšovala se její odrazivost. Veškeré sluneční světlo se od ní odráželo, což dále bránilo jakémukoli zadržování tepla.

Takovým událostem, které stále živí rostoucí ochlazování, se říká smyčky pozitivní zpětné vazby.

V době ledové v Hurónsku pokrývaly ledovce a ledovce části pevniny a oceánu téměř až k rovníku. Jednalo se o nejdelší dobu ledovou v historii, která trvala téměř 300 milionů let, od 2,4 bya do 2,1 bya. Zdá se, že významnou příčinou přetrvávání této doby ledové byl útlum sopečné činnosti, který dále snížil obsah oxidu uhličitého a metanu v atmosféře, z nichž se část zachytila v ledu a oceánech.

Doby ledové končí v důsledku negativní zpětné vazby. V období zalednění dochází k intenzivnímu sněžení a voda je zachycena v podobě obrovského množství ledu na pevnině. Hladiny moří tak klesají. Srážky také klesají, protože v atmosféře už prostě není dostatek vody. Srážky udržují chlad. Mořský led taje rychleji než velké ledové kry na pevnině. Jakmile se tedy Země už nemohla ochlazovat a došly jí srážky na udržení chladu, začala se díky Slunci oteplovat. I malé tání mořského ledu může způsobit, že voda začne absorbovat sluneční teplo, což spustí smyčku, která uvolní oxid uhličitý a způsobí další tání, čímž velmi rychle skončí zalednění. Proto všechny doby ledové skončily mnohem rychleji, než začaly.

Krátce po skončení huronského zalednění a rozpadu Kenorlandu napadl v některé části světového oceánu jeden jednobuněčný organismus, nejspíše bakterie, jiný, pravděpodobně archeon, který ho pohltil a nechal v něm přežít. Oba tyto organismy potřebovaly k přežití odpadní produkt toho druhého, a tak spolupracovaly v rámci tzv. endosymbiózy. Z této malé buňky se stal první složitý jednobuněčný život s jádrem, membránami a archeon se stal mitochondrií. Takové formy života se dnes označují jako eukaryota a právě tato buňka je předkem všech dnešních živých organismů. Stalo se tak přibližně 2,1 bya, po téměř neuvěřitelných 2,5 miliardách let elementárního, primitivního, přímo jednoduchého jednobuněčného života .

Umělecká představa Rodinie. Kredit: Tomo Narašima

Mezitím se rozpadlé části Kenorlandu pohybovaly v mořích, znovu se srazily s novějšími krátery a vytvořily nový mohutný superkontinent zvaný Kolumbie. Kolumbie byla ještě větší než Kenorland a obsahovala krátery, které dnes patří Severní Americe, Skandinávii, Austrálii, Indii a Jižní Americe. Ve skutečnosti bylo západní pobřeží Indie připojeno k východnímu pobřeží Severní Ameriky, zatímco západní pobřeží Kanady bylo připojeno k jižní Austrálii. Skandinávie byla připojena k Brazílii a všechny pevniny byly pevně spojeny dohromady. Po úplném sestavení 1,8 bya se Kolumbie začala zvětšovat díky vulkanickým horninám, které se tvořily na jejích hranicích, přičemž rozlité magma začalo chladnout a tuhnout.

Tato vulkanická činnost vyvolala další vnitrozemský vulkanismus a přirozeně začala superkontinent rozpraskávat. Kolumbie se začala štěpit 1,4 bya, přičemž se krátery rozdělily na části dnešní Indie, Severní Ameriky, Číny, Afriky, Skandinávie a Austrálie. Tyto krátery nepřežily samostatně dlouho. Velmi rychle se srazily mezi sebou a s dalšími nově zrozenými kratony a vytvořily další superkontinent, Rodinii, 1,3 bya.

Rodinie zůstala téměř celá na jižní polokouli a je velmi důležitou součástí biologické historie Země. Na tomto superkontinentu došlo k vývoji eukaryot v mnohobuněčné organismy díky prvnímu výskytu pohlavního rozmnožování. Byl svědkem vzniku ozonové vrstvy v atmosféře a jeho rozpad způsobil další dobu ledovou, nejděsivější ze všech.

Když se Rodinie začala rozpadat, způsobila náhlé gigantické trhliny na mořském dně. To způsobilo zahřátí zemské kůry, čímž se zopakoval stejný mechanismus, který způsobil prudký nárůst srážek během předchozí doby ledové. To mělo za následek další ochlazení, které přineslo dobu ledovou.

Tato doba ledová, kryogenní doba ledová, se však lišila od doby huronské. Ve skutečnosti se taková doba ledová v historii Země již nikdy neopakovala. Ledové čepičky a ledovce se táhly od pólů až do středu rovníku a pokrývaly každý centimetr planety, takže vypadala jako obrovská sněhová koule. Tento jev je příhodně nazýván „Sněhová koule Země“. Kryogenní doba ledová byla způsobena v důsledku dvou rychlých zalednění v době ledové, oddělených velmi malým teplým mezidobím. Tato nejextrémnější doba ledová na naší planetě trvala od 720 mya do 635 mya.

Při tání tohoto ledu – když se oddělila Rodinie – došlo k dalšímu vývoji života. Roztříštění pevnin způsobilo, že se v mořích zvýšil vulkanismus, což následně způsobilo příliv živin do vody. V posledních několika milionech let prekambrického supereonu se objevil první „živočich“: houba. Rozšíření oceánského dna také způsobilo vznik mnoha mělkých moří, kde se život konečně dostal z vody na souš. To se shodovalo s konečným rozpadem Rodinie a znamenalo přechod geologické časové stupnice z prekambrického supereonu do fanerozoického eonu.

Od této doby se geologický záznam na naší planetě stává podrobnějším díky množství zkamenělin. Fanerozoický eon, který začíná v roce 542 mya, znamená v doslovném překladu „období dobře definovaného života“. Zatímco prekambrický supereon zahrnoval tři velké eony a trval přes čtyři miliardy let, ve fanerozoickém eonu se toho na Zemi událo mnohem více. Došlo k větší rozmanitosti, rozsáhlejším změnám povrchových vlastností a atmosféry naší planety a k neuvěřitelným dvaceti masovým vymíráním.

Kredit: Satwik Gade

Z hlediska života došlo k největší změně na Zemi na počátku fanerozoika, v období kambria. Během 25 milionů let se veškerý život na Zemi nepředstavitelně náhle diverzifikoval. Ze základního složitého jednobuněčného života se objevili předkové mnoha dnešních živočichů. Ve fosilním záznamu se začaly objevovat foramy, houby, řasy, organismy budující útesy. Nejhojnější jsou prošívané fosilie brouků, kteří se plazili po mořském dně. Ve skutečnosti si takové masové diverzifikace složitých organismů v tak krátkém časovém období bez jakéhokoli předchůdce všiml Charles Darwin jako pádného argumentu proti teorii přírodního výběru (přežití nejsilnějších). Tento prudký nárůst diverzifikace je označován jako kambrická exploze.

Mezitím se život na souši snažil přežít. Planktony již vznikly, ale souš byla nejprve kolonizována mikrobiálními rohožemi sinic. Adaptace na souš vyžadovala schopnost růstu proti gravitaci. Formy života se také musely přestat spoléhat na médium, jako je voda, při transportu živin a vajíček/spermy. Nedostatek živin ve vzduchu znamenal těžší přežití. Mnohobuněčným rostlinám na souši trvalo velmi dlouho, než se vyvinuly, i když se rozmanitá fauna v oceánech rychle množila a prosperovala. Dominantními formami života v období kambria byli trilobiti, skupina vymřelých členovců. Jejich rozkvět trval téměř 270 milionů let, což z nich činí nejúspěšnější mořské živočichy. Přežili první dvě ze smrtících masových vymírání a celkem osm, než definitivně zmizeli ze Země.

Fosilie trilobita nalezená v Maroku v Africe. Kredit: Mike Peel, 2010

Když se tento mořský hmyz plazil pod vodou, krátery nad ním byly opět v pohybu. Srážely se navzájem a vytvářely další superkontinent zvaný Pannotia. Tentokrát však stavební kameny superkontinentu k sobě příliš nedoléhaly. Pannotia se rozpadla necelých 60 milionů let poté, co vznikla, a způsobila tak opět bouřlivé kataklyzma na globální klima a život. Během kambria došlo během 20 milionů let ke čtyřem rychlým po sobě následujícím masovým vymíráním, která vyhubila téměř 40 % veškerého mořského života a předznamenala nové období.

Období ordoviku začalo 485 mya a znamenalo výskyt prvních skutečných obratlovců: ryb. V oceánu se vyskytovali četní krunýřovci, měkkýši a členovci, podobní dnešním plžům, pavoukům a krevetám; jen byli mnohem menší. V pomalu se oteplujících vodách se vznášely hvězdice, houby, korály a další filtrující živočichové.

Na souši začaly pomalu, ale jistě růst primitivní rostliny. Nastala však komplikace. Půda, jak ji známe, v ordoviku neexistovala. Půda je kombinací minerálů a většinou rozložené organické hmoty. A 465 mya by vrchní vrstvu tvořila jen holá skála nebo písek, neschopné podporovat život. Na souši přesto začaly růst houby, řasy, mechy a lišejníky, což byly malé drobné rostlinky, které se drápaly do skály a písku a snažily se udržet. Nejběžnějšími rostlinami byly lišejníky, které se na suché pouštní půdě vyskytují dodnes. Když se začali objevovat hrabající živočichové, půda se stala úrodnější. Ordovickými hrobaříky byli červi a roztoči, kteří se prohrabávali skálou a uvolňovali ji.

Hrabání těchto drobných červů a rostlin, které se začaly držet na skalách, však mělo nečekané důsledky. V určitém okamžiku vrchní vrstva skály na několika místech erodovala do moře a zahubila veškerý život na ní. Rostliny na souši byly fotosyntetické, takže neustálé odumírání těchto rostlin způsobilo snížení hladiny oxidu uhličitého. Mrtvý život, který se dostal do vody, způsobil, že hladina uhlíku ve vodě stoupla, čímž se snížil obsah kyslíku.

Mezitím se krátery, které zbyly z Rodinie a Pannotie, rekombinovaly a vytvořily menší kontinenty. Jižní Amerika, Austrálie, Antarktida, Indie a Afrika se shlukly a vytvořily velký kontinent zvaný Gondwanaland, pojmenovaný podle národa Gondů ze střední Indie. Gondwanaland se neustále snášel k jižnímu pólu, do chladných a temných spodních oblastí planety. Pomalé ochlazování spolu s úbytkem oxidu uhličitého přineslo další dobu ledovou.

Doby ledové, stejně jako masová vymírání, přicházely a odcházely. Stejně jako masových vymírání proběhlo pět velkých dob ledových. Ačkoli se velká pětka každé z nich neshoduje, každá doba ledová je téměř vždy doprovázena masovým vymíráním. V tomto případě se třetí z Velké pětky dob ledových shodovala s prvním z Velké pětky masových vymírání. Nástup andsko-saharského zalednění spustil řetězec událostí, které způsobily ordovicko-silurské masové vymírání.

Doby ledové způsobují změny mořské hladiny, rozsáhlé výkyvy klimatu a nakonec i vulkanismus, který nakonec přispívá k negativní zpětné vazbě. Vulkanismus a změna mořské hladiny však uvolňují do atmosféry toxické plyny, které pak mohou způsobit anoxii (nedostatek kyslíku) v oceánech a atmosféře, což vytváří další pozitivní zpětnou vazbu pro pokračování masového vymírání. Toto masové vymírání zahubilo více než 40 % života na souši a téměř 85 % života ve vodě.

Kromě eroze půdy a zalednění existuje ještě jedna hypotéza, o které vědci předpokládají, že mohla být příčinou masového vymírání: záblesk gama záření.

Umělecké ztvárnění záblesku gama záření ničícího hvězdu. Obrázek: NASA Goddard Space Flight Center

Záblesky gama záření jsou velmi silné, nepředvídatelné záblesky energie pozorované ve vzdálených galaxiích. Jsou nejenergetičtějším způsobem, jakým lze ve vesmíru uvolnit elektromagnetické záření. Vznikají jako tryskové proudy, když se umírající hvězda zhroutí, někdy do černé díry. Za méně než dvě sekundy může gama záblesk uvolnit tolik energie jako Slunce za deset miliard let. Deset miliard.

Působení jediného gama záblesku v jeho přímé dráze by mohlo naši planetu fyzicky zcela zničit a rozbít. Gama záření procházející kolem Země by mohlo chemicky poškodit atmosféru a zbavit planetu veškerého ozónu. A mohl by prakticky vyhubit veškerý život na dnešní Zemi, což se přesně stalo při ordovicko-silurském masovém vymírání, druhém nejhorším masovém vymírání, jaké kdy svět zažil.

V příštím díle bude řeč o vývoji rostlin, dalším vývoji živočichů, prvních několika pohořích na planetě, pěti masových vymíráních včetně dalšího velkého a vzniku posledního velkého superkontinentu.

Sandhya Ramesh je vědecký spisovatel, který se zaměřuje na astronomii a vědy o Zemi.

Příští díl bude věnován vývoji rostlin a živočichů.