Hubbard-gleccser, Alaszka. Credit: robertraines/Flickr, CC BY 2.0

A Naprendszerben ma elfoglalt viszonylag nyugodt térrészünk tüzes, erőszakos múltat és hátborzongató jövőt takar. Ez a sorozat a Föld geológiai és természeti történetét tárja fel, kezdve a Naprendszerünk kialakulásával, az aszteroida-becsapódásokon és a tömeges kihalásokon keresztül, egészen az ember mai környezetre gyakorolt hatásáig. Ahhoz, hogy igazán felfogjuk a bolygónkban végbement változások nagyságrendjét, hatalmas időtávlatokon kell végigszáguldanunk, megállva a fontos mérföldköveknél.

Mostanáig: Az élet meglehetősen gyorsan alakult ki a Földön, alig 500 millió évvel a 4,56 milliárd éves bolygónk kialakulása után. És mintegy 2,4 milliárd évvel ezelőtt (bya) az oxigén először jelent meg nagy mennyiségben a légkörben és az óceánokban, ami azonnal tömeges kihalást okozott, és a Földet a huroni jégkorszakba taszította.

A huroni jégkorszak alatt, amelyet az új gáz, az oxigén telítődése okozott a levegőben és a vizekben, a Föld fokozatosan egyre hűvösebb lett, annak ellenére, hogy a Nap fényessége öregedésével egyre nőtt. A légkörben lévő oxigén eltávolította a metánt, az üvegházhatású gázt, amely melegen tartotta a Földet. A jégkorszak a Nagy Oxigénhiányos Eseményt követte, az elsőt a bolygónk által tapasztalt huszonnégy tömeges kihalás közül. Egysejtű életformák sokasága pusztult ki, a túlélőket pedig a minden irányból kúszó hideg fagyasztotta le.

Ez a jégkorszak bizonyítékai a névadó Huron-tó és a kanadai Felső-tó mentén találhatók. Kanada ezen része egy kráter, a földkéreg egy régi, stabil része, amely a mai napig fennmaradt. Ez a kráter a Föld egyenlítői régiói közelében létező szuperkontinens, Kenorland része volt. Valójában más Kenorland-kratonok, mint például Michigan és Nyugat-Ausztrália, szintén nagy kiterjedésű jégkori lerakódásokat mutatnak ebből az időszakból.

Amint bolygónk lassan megfagyott, és a szárazföldön és a tengereken rétegről rétegre jég képződött, a Kenorland szuperkontinens elkezdett felbomlani. És eközben megélénkült a vulkáni tevékenység. A másik Vaalbara nevű szuperkontinenstől eltérően Kenorland hatalmas volt. Míg a Vaalbara csak két kráterre szakadt szét, amelyek ma Afrikában és Ausztráliában találhatók, addig a Kenorland hatalmas volt: magában foglalta a ma Kanadában, az Egyesült Államokban, Skandináviában, Grönlandon és a dél-afrikai Kalahári-sivatagban található krátereket. Amikor az ilyen nagy szárazföldtömegek szétesnek, mint a kekszdarabok, szélsőséges változásokat okoznak a globális éghajlatban.

Először is, hasadékokat és szétterüléseket okoznak a tengerfenéken. Ezáltal a tengerfenék felső része felmelegszik. A kéreg lebeg a köpenyen, gyakran elveszíti az alsó részeit a viszkózus olvadt kőzet miatt. Mivel a meleg kőzet sokkal kevésbé sűrű, a köpenyben felfelé emelkedik, növelve a kontinensek magasságát. A magasság növekedése nagyobb magasságot jelent, ahol a levegő hidegebb. Emellett az óceánok felmelegedése megnövekedett párolgást okozott, ami aztán megnövelte a globális csapadékmennyiséget. Ez tovább hűtötte a bolygót. Ahogy a bolygó egyre fehérebbé vált, úgy nőtt a fényvisszaverő képessége. Minden napfény visszaverődött, ami tovább akadályozta a hő megtartását.

Az ilyen eseményeket, amelyek folyamatosan táplálják a növekvő hideget, pozitív visszacsatolási huroknak nevezik.

A huroni jégkorszakban gleccserek és jég borította a szárazföld és az óceán egy részét szinte az egyenlítőig. Ez volt a történelem leghosszabb jégkorszaka, amely közel 300 millió évig tartott, 2,4 és 2,1 év között. Úgy tűnik, hogy e jégkorszak fennmaradásának egyik kiemelkedő oka a vulkáni tevékenység megtorpanása volt, ami tovább csökkentette a légkörben lévő szén-dioxid és metán mennyiségét, amelynek egy része a jégben és az óceánokban rekedt.

A jégkorszakok egy negatív visszacsatolás miatt érnek véget. Jégkorszakban intenzív havazás van, és a víz hatalmas mennyiségű jég formájában reked a szárazföldön. Így a tengerszint csökken. A csapadék is csökken, mert egyszerűen már nincs elég víz a légkörben. A csapadék fenntartja a hideget. A tengeri jég gyorsabban olvad, mint a szárazföldi nagy jégtakarók. Tehát amint a Föld nem tudott tovább hűlni, és elfogyott a hideg fenntartásához szükséges csapadék, a Nap hatására melegedni kezdett. Még egy kis tengeri jég olvadása is okozhatja, hogy a víz elkezdi elnyelni a Nap hőjét, ami egy olyan körfolyamatot indít el, amely szén-dioxidot szabadít fel, és még több olvadást okoz, így nagyon gyorsan véget ér a jégkorszak. Ez az oka annak, hogy minden jégkorszak sokkal gyorsabban véget ért, mint ahogyan elkezdődött.

Röviddel a huroni jégkorszak vége és Kenorland felbomlása után a globális óceánok valamelyik részén egy egysejtű organizmus, valószínűleg egy baktérium, megtámadott egy másikat, valószínűleg egy archeont, amely lenyelte azt, és hagyta, hogy túléljen benne. Mindkét szervezetnek szüksége volt a túléléshez a másik szervezet salakanyagára, és így működtek együtt az úgynevezett endoszimbiózisban. Ez a kis sejt lett az első összetett egysejtű élet, amely maggal, membránokkal rendelkezett, és az archeonból lett a mitokondrium. Az ilyen életformákat ma eukarióta néven ismerjük, és ez a bizonyos sejt minden mai élő szervezet őse. Ez körülbelül 2,1 bya körül történt, közel 2,5 milliárd évnyi elemi, primitív, egyenesen egyszerű egysejtű élet után.

A Rodinia művészi elképzelése. Credit: Tomo Narashima

Eközben a Kenorland felbomlott részei a tengerekben vándoroltak, ismét összeütköztek újabb kráterekkel, és egy új, hatalmas szuperkontinenst, a Kolumbiát alkották. Kolumbia még Kenorlandnál is nagyobb volt, és olyan krátereket tartalmazott, amelyek ma Észak-Amerikához, Skandináviához, Ausztráliához, Indiához és Dél-Amerikához tartoznak. Valójában India nyugati partja Észak-Amerika keleti partjához, míg Kanada nyugati partja Dél-Ausztráliához kapcsolódott. Skandinávia Brazíliához kapcsolódott, és az összes szárazföld szorosan egybe volt tömörülve. Miután 1,8 bya teljesen összeállt, Kolumbia a határainál kialakuló vulkanikus kőzetek miatt elkezdett terjeszkedni, a kiömlő magma pedig elkezdett lehűlni és megszilárdulni.

Ez a vulkáni tevékenység további belföldi vulkanizmust váltott ki, és természetesen elkezdte széthasítani a szuperkontinenst. Kolumbia 1,4 bya kezdett szétválni, a kráterek India, Észak-Amerika, Kína, Afrika, Skandinávia és a mai Ausztrália részeire osztódtak. Ezek a kratonok nem sokáig maradtak fenn egymástól függetlenül. Nagyon gyorsan összeütköztek egymással és más újonnan született kráterekkel, és 1,3 bya megalakították a következő szuperkontinenst, Rodiniát. 1,3 bya.

Rodinia szinte teljes egészében a déli féltekén maradt, és nagyon fontos része a Föld biológiai történetének. A szuperkontinensen zajlott le az eukarióták többsejtűvé fejlődése az ivaros szaporodás első megjelenése révén. Láttuk a légkör ózonrétegének kialakulását; és felbomlása egy újabb jégkorszakot okozott, mind közül a legrémisztőbbet.

Amikor Rodinia szétesni kezdett, hirtelen óriási hasadékokat okozott a tengerfenéken. Ez a kéreg felmelegedését okozta, megismételve ugyanazt a mechanizmust, ami az előző jégkorszak alatt csapadékcsúcsokat okozott. Ez további lehűlést eredményezett, ami jégkorszakot idézett elő.

De ez a jégkorszak, a kriogén jégkorszak, különbözött a huronitól. Valójában ilyen jégkorszakot soha többé nem láttunk a Föld történetében. A jégsapkák és gleccserek a sarkoktól az Egyenlítő közepéig terjedtek, a bolygó minden centiméterét beborították, így a bolygó egy óriási hógolyóra hasonlított. A jelenséget találóan “Hógolyó Földnek” nevezik. A kriogén jégkorszakot a jégkorszak két gyors eljegesedési eseménye okozta, amelyeket egy nagyon rövid, meleg interglaciális időszak választott el egymástól. Bolygónk e legszélsőségesebb jégkorszaka 720 mya és 635 mya között tartott.

A jég olvadásakor – a Rodinia szétválásával – az élet további evolúciója következett be. A szárazföldek feldarabolódása miatt a tengerekben megnőtt a vulkanizmus, ami viszont tápanyagok beáramlását okozta a vízbe. A prekambriumi szupereon utolsó néhány millió évében jelent meg az első “állat”: a szivacs. Az óceánfenék elterülése miatt sok sekély tenger is kialakult, ahol az élet végre megtette az utat a vízből a szárazföldre. Ez egybeesett a Rodinia végső összeomlásával, és jelezte a geológiai időskála átmenetét a prekambriumi szupereonból a fanerozoikum eonba.

Ettől kezdve bolygónk geológiai feljegyzései a kövületek bőségének köszönhetően egyre részletesebbé válnak. Az 542 mya-ban kezdődő fanerozoikus eon szó szerint “a jól meghatározott élet időszakát” jelenti. Míg a prekambriumi szupereon három nagy eónt ölelt fel, és több mint négymilliárd évig tartott, a fanerozoikum eónban sokkal több minden történt a Földön. Nagyobb volt a sokféleség, több nagyszabású változás történt bolygónk felszíni jellegzetességeiben és légkörében, és egész hússzal több tömeges kihalás történt.

Credit: Satwik Gade

Az élet szempontjából a legnagyobb változás a Földön a korai fanerozoikumban, a kambriumban következett be. A Földön 25 millió év alatt az összes élet elképzelhetetlenül hirtelen diverzifikálódott. Az alapvető összetett egysejtű életből a mai állatok sokaságának ősei jelentek meg. Forámok, gombák, algák, zátonyépítő szervezetek – mind megjelentek a fosszilis feljegyzésekben. A tengerfenéken kúszó bogarak steppelt fosszíliái a legelterjedtebbek. Valójában az összetett élőlények ilyen tömeges diverzifikációját ilyen rövid idő alatt, anélkül, hogy akár csak egy előfutár is létezett volna, Charles Darwin a természetes kiválasztódás elmélete (a legerősebbek túlélése) ellen szóló érvényes érvként jegyezte meg. A diverzifikációnak ezt a rohamát nevezik kambriumi robbanásnak.

Eközben a szárazföldi élet a túlélésért küzdött. A planktonok már megjelentek, de a szárazföldet először a cianobaktériumok mikrobiális szőnyegei népesítették be. A szárazföldhöz való alkalmazkodáshoz szükség volt a gravitációval szembeni növekedési képességre. Az életformáknak a tápanyagok és a petesejtek/csírák szállításához nem kellett többé olyan közegre támaszkodniuk, mint a víz. A levegő tápanyaghiánya miatt nehezebb volt a túlélés. A szárazföldi többsejtű növényeknek nagyon sokáig tartott a fejlődésük, még akkor is, amikor az óceánok változatos élővilága gyorsan szaporodott és virágzott. A kambrium korszak uralkodó életformái a trilobiták, a kihalt ízeltlábúak egy csoportja voltak. Közel 270 millió évig virágoztak, és ezzel ők voltak a legsikeresebb tengeri állatok. Túlélték a halálos tömeges kihalások közül az első kettőt, összesen nyolcat, mielőtt végleg eltűntek a Földről.

Az afrikai Marokkóban talált trilobita fosszíliája. Credit: Mike Peel, 2010

Miközben ezek a tengeri rovarok a víz alatt mászkáltak, a kráterek felett ismét mozgásban voltak. Összeütköztek egymással, és egy újabb szuperkontinenst, a Pannótiát alkották. De ezúttal a szuperkontinens építőkövei nem igazán tapadtak össze. A Pannotia kevesebb mint 60 millió évvel a kialakulása után felbomlott, ismét heves kataklizmákat okozva a globális éghajlaton és az életben. A kambriumban 20 millió éven belül négy gyors egymás utáni tömeges kihalási hullám következett be, ami a tengeri élővilág közel 40%-át kiirtotta, és egy új időszakot hirdetett.

Az ordovícium 485 mya kezdődött, és az első igazi gerincesek: a halak megjelenését jelentette. Az óceánban számos héjas élőlény, puhatestű és ízeltlábú, a mai csigákhoz, pókokhoz és garnélarákokhoz hasonló, csak sokkal kisebb méretű volt. A lassan melegedő vizekben tengeri csillagok, szivacsok, korallok és más, szűrővel táplálkozó élőlények sodródtak.

A szárazföldön a kezdetleges növények lassan, de biztosan elkezdtek növekedni. Volt azonban egy bonyodalom. Az Ordovíciumban még nem létezett az általunk ismert talaj. A talaj ásványi anyagok és többnyire lebomlott szerves anyagok kombinációja. És 465 mya, a legfelső réteg csak csupasz szikla vagy homok lett volna, amely képtelen lett volna az élet fenntartására. A gombák, algák, mohák és zuzmók mégis elkezdtek növekedni a szárazföldön, apró, apró növényekként, amelyek belekaparták magukat a sziklába és a homokba, és megpróbáltak megkapaszkodni. A leggyakoribb növények a zuzmók voltak, amelyek még ma is megtalálhatók a száraz sivatagi földeken. Amikor megjelentek a földbe ásó állatok, a talaj termékenyebbé vált. Az ordovíciai ásóállatok férgek és atkák voltak, amelyek a sziklákon keresztül kúszva lazították azt.

Az apró férgek és a sziklákon tapadni kezdett növények ásása azonban nem várt következményekkel járt. Egy ponton a szikla felső rétege több helyen is a tengerbe erodálódott, elpusztítva minden életet rajta. A szárazföldi növények fotoszintetikusak voltak, így ezeknek a növényeknek a folyamatos pusztulása miatt a szén-dioxid szintje lecsökkent. A vízbe kerülő elpusztult élet hatására a víz szén-dioxid-szintje megemelkedett, ami csökkentette az oxigéntartalmat.

Eközben a Rodiniából és Pannótiából visszamaradt kráterek újra egyesültek, és kisebb kontinenseket alkottak. Dél-Amerika, Ausztrália, az Antarktisz, India és Afrika egy nagy kontinenst alkotott, amelyet Gondwanalandnak neveztek el, és amely a közép-indiai Gond népről kapta a nevét. Gondwanaland folyamatosan sodródott a Déli-sark felé, a bolygó hideg, sötét alsó régióiba. A lassú hideg, párosulva a szén-dioxid csökkenésével, újabb jégkorszakot idézett elő.

A jégkorszakok, akárcsak a tömeges kihalások, jöttek és mentek. Akárcsak a tömeges kihalások, öt nagy jégkorszak is volt. Bár a Nagy Ötök nem esnek egybe, minden jégkorszakot szinte mindig tömeges kihalás kísér. Ebben az esetben az öt nagy jégkorszak közül a harmadik esett egybe az öt nagy tömeges kihalás közül az elsővel. Az Andok-Szahara eljegesedésének kezdete olyan események láncolatát indította el, amelyek az ordovícium-szilur tömeges kihaláshoz vezettek.

A jégkorszakok a tengerszint változását, az éghajlat nagymértékű ingadozását és végül vulkanizmust okoznak, ami végül hozzájárul a negatív visszacsatoláshoz. A vulkanizmus és a tengerszint változása azonban mérgező gázokat juttat a légkörbe, amelyek aztán anoxiát (oxigénhiányt) okozhatnak az óceánokban és a légkörben, ami egy további pozitív visszacsatolási hurkot képez a tömeges kihalások folytatásához. Ez a tömeges kihalás a szárazföldi élet több mint 40%-át és a vízben élő élet közel 85%-át elpusztította.

A talajerózión és a jegesedésen kívül van egy másik hipotézis is, amely a tudósok gyanúja szerint a tömeges kihalást okozhatta: egy gammakitörés.

Művészi ábrázolás egy csillagot elpusztító gammakitörésről. Kép: NASA Goddard Space Flight Center

A gammakitörések nagy erejű, kiszámíthatatlan energiavillanások, amelyeket távoli galaxisokban figyelnek meg. Ezek az elektromágneses sugárzásnak a világegyetemben a legnagyobb energiájú szabadjára engedésének a módjai. Sugárfolyamokként törnek elő, amikor egy haldokló csillag összeomlik, néha egy fekete lyukba. Kevesebb mint két másodperc alatt egy gammakitörés annyi energiát bocsáthat ki, mint a Nap tízmilliárd év alatt. Tízmilliárd.

Egyetlen gammakitörés közvetlen útjába kerülve fizikailag teljesen elpusztíthatja bolygónkat, szétszakítva azt. A Föld mellett elhaladó gammasugárzás kémiailag károsíthatná a légkört, és megfosztaná a bolygót az összes ózontól. És gyakorlatilag minden életet elpusztíthatna a Földön, pontosan ez történt az ordovícium-szilur kori tömeges kihaláskor, amely a második legsúlyosabb tömeges kihalás volt, amit a világ valaha is látott.

A következő részben szó lesz a növények evolúciójáról, az állatok további evolúciójáról, a bolygó első néhány hegységéről, öt tömeges kihalásról, köztük a következő nagyról, és az utolsó nagy szuperkontinens kialakulásáról.

Sandhya Ramesh tudományos író, aki csillagászattal és földtudományokkal foglalkozik.