Glaciarul Hubbard, Alaska. Credit: robertraines/Flickr, CC BY 2.0

Regiunea relativ calmă a spațiului pe care o ocupăm astăzi în Sistemul Solar ascunde un trecut înflăcărat și violent, precum și un viitor înfiorător. Această serie explorează istoria geologică și naturală a Pământului, începând cu formarea sistemului nostru solar, trecând prin impactul cu asteroizii și extincțiile în masă și terminând cu impactul omului asupra mediului din zilele noastre. Pentru a înțelege cu adevărat magnitudinea schimbărilor la care a fost supusă planeta noastră, trebuie să parcurgem în viteză scări temporale imense, oprindu-ne la momentele importante.

Până acum: Viața s-a format destul de repede pe Pământ, la abia 500 de milioane de ani de la formarea planetei noastre de 4,56 miliarde de ani. Și în urmă cu aproximativ 2,4 miliarde de ani (bya), oxigenul și-a făcut pentru prima dată apariția pe scară largă în atmosferă și oceane, provocând prompt o extincție în masă și aruncând Pământul în era glaciară huroniană.

În timpul erei glaciare huroniene, cauzată de saturația noului gaz oxigen în aer și ape, Pământul s-a răcit progresiv, în ciuda faptului că Soarele a crescut în strălucire pe măsură ce îmbătrânea. Oxigenul din atmosferă a eliminat metanul, un gaz cu efect de seră care menținea Pământul cald. Era glaciară a urmat Marelui Eveniment de Oxigenare, prima dintre cele douăzeci și patru de extincții în masă pe care le-a cunoscut planeta noastră. Mulțimi de forme de viață unicelulare au fost anihilate, iar supraviețuitorii au fost înghețați în suspensie de frigul care se strecura din toate direcțiile.

Evidențe ale acestei ere glaciare sunt prezente de-a lungul lacurilor omonime Huron și Superior, în Canada. Această parte a Canadei este un craton, o parte veche și stabilă a scoarței terestre care a persistat până în prezent. Acest craton a făcut parte din Kenorland, supercontinentul care a existat în apropierea regiunilor ecuatoriale ale Pământului. De fapt, alți cratoni Kenorland, cum ar fi Michigan și Australia de Vest, prezintă, de asemenea, dovezi ale unor depozite glaciare mari din această perioadă.

În timp ce planeta noastră îngheța încet, cu straturi peste straturi de gheață care se formau pe uscat și pe mare, supercontinentul Kenorland a început să se destrame. Iar în acest proces, activitatea vulcanică a fost reînviată. Spre deosebire de celălalt supercontinent numit Vaalbara, Kenorland era imens. În timp ce Vaalbara s-a scindat în doar doi cratoni, care acum se află în Africa și Australia, Kenorland a fost enorm: a cuprins cratoni care acum se află în Canada, SUA, Scandinavia, Groenlanda și deșertul Kalahari din sudul Africii. Atunci când astfel de mase terestre mari se despart ca bucățile unui biscuit, ele provoacă schimbări extreme ale climei globale.

În primul rând, ele provoacă fisuri și răspândiri pe fundul mării. Acest lucru face ca partea superioară a fundului mării să se încălzească. Crusta plutește pe mantaua, pierzându-și adesea părțile inferioare din cauza rocii topite vâscoase. Deoarece roca caldă este mult mai puțin densă, aceasta se ridică în manta, mărind înălțimea continentelor. O creștere a înălțimii semnifică altitudini mai mari, unde aerul este mai rece. În plus, încălzirea oceanelor a dus la creșterea evaporării, ceea ce a dus la creșterea precipitațiilor la nivel global. Acest lucru a răcit și mai mult planeta. Pe măsură ce planeta a devenit din ce în ce mai albă, reflectivitatea sa a crescut. Toată lumina soarelui a fost reflectată, împiedicând și mai mult orice retenție de căldură.

Aceste evenimente care continuă să alimenteze frigul în creștere se numesc bucle de feedback pozitiv.

În epoca glaciară huroniană, ghețarii și gheața au acoperit părți ale uscatului și ale oceanului aproape până la ecuator. Aceasta a fost cea mai lungă epocă glaciară din istorie, acoperind aproape 300 de milioane de ani, de la 2,4 bya la 2,1 bya. O cauză proeminentă pentru persistența acestei ere glaciare pare să fi fost o acalmie în activitatea vulcanică, care a redus și mai mult dioxidul de carbon și metanul din atmosferă, o parte din acestea rămânând captive în gheață și oceane.

Erele glaciare se termină din cauza unei bucle de feedback negativ. Într-o perioadă de glaciațiune, se înregistrează căderi intense de zăpadă și apa este prinsă sub forma unor cantități uriașe de gheață pe uscat. Astfel, nivelul mărilor scade. Precipitațiile scad și ele pentru că pur și simplu nu mai există suficientă apă în atmosferă. Precipitațiile mențin frigul. Gheața din mare se topește mai repede decât straturile mari de gheață de pe uscat. Așadar, odată ce Pământul nu a mai putut deveni mai rece și a rămas fără precipitații pentru a menține frigul, a început să se încălzească datorită Soarelui. Chiar și o mică topire a gheții de mare poate face ca apa să înceapă să absoarbă căldura Soarelui, declanșând o buclă care eliberează dioxidul de carbon și cauzează mai multă topire, punând astfel capăt foarte rapid glaciațiunii. Acesta este motivul pentru care toate glaciațiunile s-au încheiat mult mai repede decât au început.

La scurt timp după sfârșitul glaciațiunii huroniene și destrămarea Kenorlandului, într-o anumită parte a oceanelor globale, un organism unicelular, cel mai probabil o bacterie, a atacat un altul, probabil un arheon, care l-a înghițit și l-a lăsat să supraviețuiască în interiorul său. Ambele organisme aveau nevoie de deșeurile celuilalt pentru a supraviețui, astfel că au lucrat împreună în ceea ce se numește endosimbioză. Această celulă mică a devenit prima viață unicelulară complexă, cu un nucleu, membrane, iar arheonul a devenit mitocondria. Astfel de forme de viață sunt cunoscute astăzi sub denumirea de eucariote, iar această celulă particulară este strămoșul oricărui organism viu de astăzi. Acest lucru s-a întâmplat aproximativ 2,1 bya, după aproape 2,5 miliarde de ani de viață unicelulară elementară, primitivă, de-a dreptul simplă .

Concepție artistică a Rodiniei. Credit: Tomo Narashima

Între timp, părțile din Kenorland care s-au destrămat s-au deplasat în mări, ciocnindu-se din nou cu cratoane mai noi și formând un nou supercontinent masiv numit Columbia. Columbia era chiar mai mare decât Kenorland, conținând cratone care aparțin astăzi Americii de Nord, Scandinaviei, Australiei, Indiei și Americii de Sud. De fapt, coasta de vest a Indiei a fost atașată de coasta de est a Americii de Nord, în timp ce coasta de vest a Canadei a fost atașată de sudul Australiei. Scandinavia era atașată de Brazilia, iar toate masele terestre erau strâns lipite între ele. După ce a fost complet asamblat 1,8 bya, Columbia a început să se extindă ca mărime datorită rocilor vulcanice care s-au format la granițele sale, magma revărsată începând să se răcească și să se solidifice.

Această activitate vulcanică a declanșat mai mult vulcanism în interior și, în mod natural, a început să fisureze supercontinentul. Columbia a început să se scindeze cu 1,4 a.a., cratonii împărțindu-se în părți din India, America de Nord, China, Africa, Scandinavia și Australia de astăzi. Acești cratoni nu au supraviețuit mult timp în mod independent. Ei s-au ciocnit între ei și cu alți cratoni nou născuți foarte repede, formând următorul supercontinent, Rodinia, 1,3 bya.

Rodinia a rămas aproape în întregime în emisfera sudică și este o parte foarte importantă a istoriei biologice a Pământului. Supercontinentul a asistat la evoluția eucariotelor în organisme pluricelulare prin prima apariție a reproducerii sexuale. A asistat la formarea stratului de ozon din atmosferă; iar dezmembrarea sa a provocat încă o epocă glaciară, cea mai terifiantă dintre toate.

Când Rodinia a început să se dezmembreze, a provocat fisuri bruște, gigantice, în fundul mării. Acest lucru a făcut ca scoarța să se încălzească, repetând același mecanism care a provocat vârfuri de precipitații în timpul erei glaciare anterioare. Acest lucru a dus la o răcire mai mare, provocând o eră glaciară.

Dar această eră glaciară, era glaciară criogeniană, a fost diferită de cea huroniană. De fapt, o astfel de eră glaciară nu a mai fost văzută niciodată în istoria Pământului. Calote de gheață și ghețari se întindeau de la poli până în mijlocul ecuatorului, acoperind fiecare centimetru al planetei, făcând-o să arate ca un bulgăre de zăpadă uriaș. Pe bună dreptate, fenomenul este cunoscut sub numele de „Pământul bulgăre de zăpadă”. Epoca de gheață criogeniană a fost cauzată din cauza a două glaciațiuni rapide din epoca glaciară, separate de o perioadă interglaciară foarte mică și caldă. Această epocă glaciară cea mai extremă de pe planeta noastră a durat de la 720 miha la 635 miha.

La dezghețul acestei glaciațiuni – pe măsură ce Rodinia s-a separat – s-a înregistrat o mai mare evoluție a vieții. Fragmentarea maselor terestre a făcut ca vulcanismul să crească în mări, ceea ce, la rândul său, a provocat un aflux de nutrienți în apă. În ultimele câteva milioane de ani ai supereonului precambrian, a apărut primul „animal”: buretele. Răspândirea fundului oceanului a dus, de asemenea, la formarea multor mări de mică adâncime, iar viața a făcut în cele din urmă drumul de la apă la uscat. Acest lucru a coincis cu prăbușirea definitivă a Rodiniei și a marcat tranziția scării timpului geologic de la supereonul Precambrian la eonul Fanerozoic.

Din acest moment, înregistrarea geologică a planetei noastre devine mai detaliată datorită abundenței fosilelor. Eonul Fanerozoic, care începe la 542 mia, se traduce literal prin „perioadă de viață bine definită”. În timp ce supereonul precambrian s-a întins pe trei eoni mari și a durat peste patru miliarde de ani, mult mai multe lucruri s-au întâmplat pe Pământ în eonul fanerozoic. A existat mai multă diversitate, mai multe schimbări pe scară largă în ceea ce privește caracteristicile suprafeței și atmosfera planetei noastre și un număr impresionant de douăzeci de extincții în masă.

Credit: Satwik Gade

În ceea ce privește viața, cea mai mare schimbare de pe Pământ a avut loc la începutul Fanerozoicului, în perioada Cambriană. În decurs de 25 de milioane de ani, toate formele de viață de pe Pământ s-au diversificat de neconceput și brusc. De la viața unicelulară complexă de bază, au apărut strămoșii multor animale de astăzi. Forami, ciuperci, alge, organisme care construiesc recife – toate au început să apară în registrul fosilelor. Fosilele matlasate ale insectelor care se târau pe fundul mării sunt cele mai abundente. De fapt, o astfel de diversificare în masă a organismelor complexe într-o perioadă atât de scurtă de timp, fără nici măcar un precursor, a fost remarcată de Charles Darwin ca un argument valabil împotriva teoriei selecției naturale (supraviețuirea celui mai adaptat). Această explozie de diversificare este denumită explozia cambriană.

Între timp, viața de pe uscat se lupta să supraviețuiască. Planctonii apăruseră deja, dar pământul a fost colonizat pentru prima dată de covoare microbiene de cianobacterii. Adaptarea la uscat a necesitat capacitatea de a crește împotriva gravitației. De asemenea, formele de viață trebuiau să nu se mai bazeze pe un mediu precum apa pentru a transporta nutrienții și ouăle/spermatozoizii. Lipsa nutrienților din aer a făcut ca supraviețuirea să fie mai dificilă. Plantele pluricelulare de pe uscat au avut nevoie de foarte mult timp pentru a evolua, chiar dacă fauna diversă de pe oceane se înmulțea rapid și prospera. Formele de viață dominante în perioada cambriană au fost trilobiții, un grup de artropode dispărute. Aceștia au prosperat timp de aproape 270 de milioane de ani, ceea ce îi face să fie cele mai de succes dintre toate animalele marine. Au supraviețuit primelor două dintre extincțiile în masă mortale și unui total de opt, înainte de a dispărea definitiv de pe Pământ.

Fosilul unui trilobit găsit în Maroc, Africa. Credit: Mike Peel, 2010

În timp ce aceste insecte marine se târau sub apă, craterele de deasupra capului erau din nou în mișcare. S-au ciocnit între ele și formau încă un supercontinent numit Pannotia. Dar de data aceasta, elementele constitutive ale supercontinentului nu s-au lipit cu adevărat. Pannotia s-a destrămat la mai puțin de 60 de milioane de ani după ce s-a format, provocând din nou cataclisme cutremurătoare asupra climei și vieții globale. Au existat patru vârfuri de extincție în masă prompt succesive la o distanță de 20 de milioane de ani unul de celălalt în timpul Cambrianului, eliminând aproape 40% din toată viața marină și anunțând o nouă perioadă.

Perioada Ordovicianului a început la 485 miha și a marcat apariția primelor vertebrate adevărate: peștii. În ocean existau numeroase creaturi cu cochilii, moluște și artropode, asemănătoare melcilor, păianjenilor și creveților de astăzi; doar că de dimensiuni mult mai mici. Existau stele de mare, bureți, corali și alte animale care se hrăneau prin filtrare, plutind în derivă în apele care se încălzeau încet.

Pe uscat, plantele primitive începuseră să crească încet, dar sigur. Cu toate acestea, a existat o complicație. Solul, așa cum îl cunoaștem noi, nu exista în Ordovician. Solul este o combinație de minerale și în mare parte materie organică descompusă. Iar 465 miha, stratul superior ar fi fost doar rocă goală sau nisip, incapabil să susțină viața. Ciupercile, algele, mușchii și lichenii au început oricum să crească pe uscat, fiind plante mici și minuscule care își croiau drum în rocă și nisip, încercând să reziste. Cele mai comune plante erau lichenii, care se găsesc și astăzi pe terenurile deșertice uscate. Când au început să apară animalele care sapă, solul a devenit mai fertil. Cei care săpau în Ordovician erau viermi și acarieni, care se răsuceau prin rocă, slăbind-o.

Dar săparea acestor viermi și plante mici, care începuseră să se lipească de roci, a avut consecințe neașteptate. La un moment dat, stratul superior de rocă din mai multe locuri s-a erodat în mare, omorând toată viața de pe ea. Plantele de pe uscat erau fotosintetice, așa că moartea constantă a acestor plante a făcut ca nivelul de dioxid de carbon să scadă. Viața moartă care a intrat în apă a făcut ca nivelurile de carbon din apă să crească, scăzând conținutul de oxigen.

Între timp, cratonii rămași de la Rodinia și Pannotia s-au recombinat pentru a forma continente mai mici. America de Sud, Australia, Antarctica, India și Africa se adunaseră pentru a forma un continent mare numit Gondwanaland, numit după poporul Gond din centrul Indiei. Gondwanaland plutea în mod constant în derivă spre Polul Sud, în regiunile inferioare reci și întunecate ale planetei. Frigul lent, împreună cu scăderea dioxidului de carbon, a adus încă o eră glaciară.

Erele glaciare, ca și extincțiile în masă, au apărut și au dispărut. La fel ca extincțiile în masă, au existat cinci mari ere glaciare. Deși cele cinci mari ale fiecăreia nu coincid, fiecare epocă glaciară este aproape întotdeauna însoțită de o extincție în masă. În acest caz, cea de-a treia dintre cele cinci mari ere glaciare a coincis cu prima dintre cele cinci mari extincții în masă. Debutul glaciațiunii andino-sahariene a declanșat un lanț de evenimente care a dus la extincția în masă din Ordovician-Silurian.

Eradele glaciare provoacă modificări ale nivelului mării, fluctuații climatice pe scară largă și, în cele din urmă, vulcanism, care contribuie în cele din urmă la bucla de feedback negativ. Cu toate acestea, vulcanismul și schimbarea nivelului mării eliberează gaze toxice în atmosferă, care pot provoca apoi anoxie (lipsă de oxigen) în oceane și în atmosferă, ceea ce formează o altă buclă de feedback pozitiv pentru ca extincțiile în masă să continue. Această extincție în masă a ucis peste 40% din viața terestră și aproape 85% din viața din apă.

În afară de eroziunea solului și glaciațiune, există o altă ipoteză pe care oamenii de știință o suspectează că ar fi putut cauza extincția în masă: o explozie de raze gamma.

Rezonarea artistică a unei explozii de raze gamma care distruge o stea. Imagine: NASA Goddard Space Flight Center

Centrul NASA Goddard Space Flight Center

Erupțiile de raze gamma sunt flash-uri de energie extrem de puternice și imprevizibile, observate în galaxiile îndepărtate. Ele reprezintă cel mai energic mod în care radiația electromagnetică poate fi dezlănțuită în univers. Acestea apar sub forma unor jeturi de jeturi atunci când o stea muribundă se prăbușește, uneori într-o gaură neagră. În mai puțin de două secunde, o explozie de raze gamma poate emite la fel de multă energie ca Soarele în zece miliarde de ani. Zece miliarde.

Expunerea la o singură explozie de raze gamma în traiectoria sa directă ar putea distruge complet planeta noastră din punct de vedere fizic, dezmembrând-o. O rază gamma care trece pe lângă Pământ ar putea deteriora chimic atmosfera și ar putea lipsi planeta de tot ozonul. Și ar putea, practic, să ucidă toate formele de viață de pe Pământ în prezent, ceea ce s-a întâmplat exact în cazul extincției în masă Ordovician-Silurian, a doua cea mai gravă extincție în masă pe care a cunoscut-o vreodată lumea.

Următorul episod va vorbi despre evoluția plantelor, evoluția ulterioară a animalelor, primii câțiva munți de pe planetă, cinci extincții în masă, inclusiv următoarea mare extincție, și formarea ultimului mare supercontinent.

Sandhya Ramesh este un scriitor de știință care se concentrează pe astronomie și științele pământului.

.