თოვლის გუნდა დედამიწა

ისტორია
ჰიპოთეზის მიხედვით, სულ სამი თოვლის გუნდა დედამიწა იყო ნეოპროტეროზულ ხანაში (1000-541 მლნ. წელი):

1. უძველესი დაახლოებით 2200-2500 მილიონი წლის წინ მოხდა, სახელად მაკგანიენი (გამოწვეული ატმოსფეროში მეთანისა და მაშასადამე ნახშირორჟანგის კონცენტრაციის დაცემით).

2. მეორე თოვლის გუნდა დედამიწა (სტურტიანი) დაახლოებით 710 მლნ. წლის წინ მოხდა, რომელიც სუპერკონტინენტი როდინიის დაშლისა და ამ დროს დიდი რაოდენობით გამოყოფილი ჟანგბადის, მაშასადამე, ნახშირორჟანგისა და მეთანის შთანთქმის შედეგი იყო.

3. მესამე თოვლის გუნდა დედამიწას მარინოანი ჰქვია და 635 მილიონი წლის წინ დამთავრდა, რაც სუპერვულკანების ამოფრქვევის შედეგად (ჟანგბადის კონცენტრაციის მატება ატმოსფეროში და მაშასადამე, ნახშირორჟანგისა და მეთანის კონცენტრაციის კლება) განვითარდა.

გამომწვევი მიზეზები
იქიდან გამომდინარე, რომ ჯერჯერობით ცნობილი სამი მთლიანი დედამიწის მყინვარული საფარით დაფარვა სხვადასხვა ხანაში და მაშასადამე, განსხვავებულ კლიმატურ-ტექტონიკურ მდგომარეობებში მოხდა, თოვლის გუნდა დედამიწა თითოეულ შემთხვევაში სხვადასხვაგვარად განვითარდა. იგი თავიდან განედით 30 გრადუსიდან იწყება, რის შემდეგაც ყინულის ფენა სრულიად ფარავს დედამიწას ეკვატორული რეგიონების ჩათვლით, საშუალო ტემპერატურა კი -50 გრადუსი ხდება. ბოლო ათწლეულებში შეგროვილი ინფორმაციების შესწავლის შედეგად ამ გამყინვარების რამდენიმე სავარაუდო მიზეზი დადგინდა:

კონტინენტების ეკვატორული განლაგება კონკრეტული პერიოდისას,
იქიდან გამომდინარე, რომ ტროპიკულ კონტინენტებს მაღალი ალბედო აქვთ, ხოლო ტროპიკულ ოკეანეებს - დაბალი, გამომდინარე მათი სიბნელიდან, რომელიც ენერგიით მდიდარი ეკვატორული რადიაციის უმეტეს ნაწილს შთანთქავს. კონტინენტები რაც უფრო შუა ან დაბალ განედებზე გაერთიანდებიან, მით უფრო მეტი ტროპიკულ ზღვის წყალს დაფარავს ხმელეთი, ხოლო კონტინენტური არეკვლადობა, მაშასადამე, ალბედო - გაიზრდება და ვინაიდან მზის რადიაციის ის რაოდენობა, რომელსაც ზღვის წყალი იღებდა, შემცირდება, ოკეანეების ტემპერატურაც დაეცემა.

უჩვეულოდ ხშირი ვულკანური (განსაკუთრებით სუპერვულკანების) ამოფრქვევა
ვულკანების (განსაკუთრებით სუპერვულკანების) ამოფრქვევა მყისიერად ცვლის დედამიწის კლიმატს. პირველ რიგში, ის კვამლი, ფერფლი და მტვერი, რომელიც მთელი დედამიწის გარშემო ვრცელდება (განსაკუთრებით ეკვატორთან ახლოს) იწვევს მზის ენერგიის ცვლილებებს (ალბედოს მომატება) და დედამიწის ზედაპირის ტემპერატურის დაქვეითებას. გარდა ამისა, ვულკანების ამოფრქვევისას გამოყოფილი აირები (ნახშირორჟანგი) ცვლიან ატმოსფეროს ამა თუ იმ გაზისა თუ ნივთიერების კონცენტრაციას და იწვევენ ზღვის წყლის გამჟავიანებას, ყოველივე ამას კი ემატება ბაზალტური ლავა, გამოყოფილი ვულკანის ამოფრქვევის შედეგად, რომელიც მჟავურ წვიმას და მაშასადამე, ნახშირორჟანგის კონცენტრაციის შემცირების სიჩქარის ზრდას იწვევს ატმოსფეროში.

თუ ალბედო გაიზრდება, მაგალითად მყინვარული საფარის ზრდის, გამოყოფილი ფერფლის ნაწილაკების, ან ა.შ.-ის გამო, მაშინ ნაკლები სითბოს შთანთქმა მოხდება და წონასწორობა დაირღვევა მოცემულ ფორმულაში,

_\(1-\)=4\ \\\ ^4_

რომლის მიხედვითაც შთანთქმული სითბო ტოლია გამოყიფილი სითბოსი და სადაც არის მზით მიღებული რადიაცია, არის დედამიწის ალბედო, - ქმედითი ინფრაწითელი გადაცემა, - შტეფან-ბოლცმანის მუდმივა (5.67*10^-8 /(^^4 )), ხოლო ^4 - ზედაპირის ტემპერატურა.

ატმოსფეროში ნახშირორჟანგის შემცველობის ძლიერი დაქვეითება
ნახშირბადის ციკლი არის დედამიწის კლიმატისთვის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი რამ. ნახშირორჟანგის მოლეკულები ატმოსფეროში, წყლის წვეთებში გროვდებიან და მჟავოვანი წვიმის სახით ილექებიან დედამიწის ზედაპირზე. შემდეგ, ძლიერი წვიმიანობისას, ეროზიის შედეგად ქანებამდე აღწევენ, რის შედეგადაც წარმოიქმნება კათიონები, ბიკარბონატები და კრემნიუმის მჟავა, რომლებიც მდინარეებით ოკეანეებამდე მიედინებიან და საბოლოოდ ილექებიან, ხოლო ძლიერი წნევისას, დანალექ ქვებად გარდაიქმნებიან, ვინაიდან ატმოსფერული ნახშირბადი მყარ მდგომარეობაში გადადის. ყოველივე ეს პროცესი კლიმატის მიმართ როგორც ძალიან მგრძნობიარეა, იმთავითვე ახდენს ზეგავლენას კლიმატურ ცვლილებებზე, რაც დადგინდა უახლესი კვლევებით, რომლებიც დანალექი ქვების გარე შრეზე ჩატარდა.

დანალექი ქვების წარმოქმნას ხელს უწყობს ტროპიკული სუპერკონტინენტების დაშლა, ვინაიდან სწორედ ეს პროცესი უწყობს ხელს ატმოსფეროში ნახშირორჟანგის კონცენტრაციის ზრდას, ისევე, როგორც სუპერვულკანების ამოფრქვევის შედეგად გამოყოფილი ბაზალტური ლავა, რომელიც კალციუმის კათიონებითაა მდიდარი. იქიდან გამომდინარე, რომ რიგი ფაქტორები აჩქარებენ ნახშირორჟანგის კონცენტრაციის ზრდას, ანუ დანალექი ქვების წარმოქმნის სიჩქარის მატებას, ნახშირორჟანგის მარაგივე იწურება, სათბურის ეფექტი ქვეითდება, ტემპერატურა ქვემოთ იწევს და ზღვის წყალი ამა თუ იმ კონტინენტზე იყინება.

მეთანის კატასტროფული დაცემა, ხოლო ჟანგბადის მომატება ატმოსფეროს კონცენტრაციაში.
ბოლო პერიოდში ჩატარებულმა კვლევებმა ასევე განიხილეს მეთანის ზეგავლენა თოვლის გუნდა დედამიწის წარმოქმნაზე, გამომდინარე მისი სათბურის პოტენციალიდან, რომელიც ნახშირორჟანგისაზე 25-30-ჯერ მეტია. ჰიპოთეზის მიხედვით, ატმოსფეროში დაგროვილი მეთანი მეტაბოლიზირდება მეთანოტროფული მიკროორგანიზმებისგან, რაც იწვევს სათბური ეფექტის დაცემასა და მაშასადამე, მზის იმ სხივების რაოდენობის მატებას, რომლებიც დედამიწის ზედაპირზე ეცემიან. ყოველივე ეს თავისთავად აძლიერებს მცენარეების ფოტოსინთეზურ აქტივობას, ანუ ჟანგბადის დიდი რაოდენობით გამოყოფას და დაგროვებას ატმოსფეროში, რის შედეგადაც იკლებს ნახშირორჟანგის რაოდენობა, ქვეითდება სათბურის ეფექტი, ტემპერატურა ვარდება და ყველაფერი იყინება.

დეგლაციაცია (მყინვარული საფარის გადნობა)
თოვლის გუნდა დედამიწის მყინვარული საფარის გადნობის მიზეზების განვითარება თითქმის ისეთივეა, როგორიც მისი გაყინვის. დედამიწის ზედაპირის მყინვარული საფარით სრულ დაფარვას არ ძალუძს ფილების ტექტონიკის, და მაშასადამე, ვულკანური აქტივობების შეჩერება. დანალექი ქვების წარმოქმნის სიჩქარე და რაოდენობა მცირდება გამომდინარე ყინულოვანი საფარისა და მშრალი, ცივი ატმოსფეროსა, რომელიც ნალექიანობას აჩერებს, ხოლო ვულკანური ამოფრქვევები ნახშირორჟანგის კონცენტრაციას ზრდიან, რომლის რაოდენობაც მყინვარული საფარის დასაძლევად, გასადნობად არის დღევანდელი რაოდენობის 13% (52.962 (მგ/ლიტრი)). მას შემდეგ, რაც გამოყოფილი ნახშირორჟანგის რაოდენობის შედეგად გამთბარი დედამიწის ტემპერატურა მყინვარული საფარის ლღობის ტემპერატურამდე ავიდოდა, 2000 წელი დასჭირდებოდა საშუალოდ მას თოვლის გუნდა დედამიწის სრულად გასალღობად, რის შემდეგაც დიდი ხანი მაღალი ტემპერატურები იქნებოდა მანამ, სანამ არ დასტაბილურდებოდა. დნობის შედეგად გამოყოფილი ზღვის წყალი ალბედოს გაზრდიდა, და მაშასადამე, დეგლაციაციის პროცესს დააჩქარებდა.

სიცოცხლე
ჰიპოთეზის მიხედვით, თოვლის გუნდა დედამიწებამდე,  პლანეტაზე არანაირი ცოცხალი ორგანიზმი არ ცხოვრობდა, გარდა ღრუბელასა (მრავალუჯრედოვანი ფოროვანი ორგანიზმი, რომელთა უმეტესი ნაწილი ზღვის ფსკერზე ცხოვრობს, სუბსტრატს ემაგრება, რის შედეგადაც წყალს ფილტრავს, ხოლო საკვებ ნაწილაკებს შთანთქავს) და მისნაირი ისეთი მარტივი ორგანიზმებისა, როგორებიც არიან მიკროორგანიზმები (როგორც ბაქტერიები, ასევე პროკარიოტი და ეუკარიოტი ორგანიზმები).

არქტიკული ზღვის ყინულებში ჟანგბადის შემცველი „ზღვის არხებია“, რომლებშიც მრავალი მიკროორგანიზმი ცხოვრობს და რომლებიც მრავალი ორგანიზმის (დიატომური ალგიციდები, პროტოზოები, ფორამინიფირები და ა.შ.) სახლი გახდა ჰიპოთეზის მიხედვით მაშინ, როდესაც მთელი დედამიწა მყინვარული საფარით იყო დაფარული. სხვა ადგილი, რომელიც მიკროორგანიზმებს შეეძლოთ გამოეყენებინათ საცხოვრებელ ადგილად იყო ისეთი ვულკანურად მაღალაქტიური კუნძულები, როგორიცაა ჰავაი, თუმცა იქიდან გამომდინარე, რომ ამ კუნძულებზე ცხელი შემოდგომები მხოლოდ რამდენიმე ათასი წელი გრძელდებოდა, გადაადგილებაც მოუწევდათ ერთი ადგილიდან - მეორეზე ქარის ძალების მეშვეობით.

ზღვის ცხოველებს არ შეეძლოთ არსებობა გამომდინარე ყინულის სქელი ფენიდან ზღვის წყალზე, რომელიც მზის სხივებს არ აძლევდა საშუალებას მცენარეებამდე მისვლის, ფოტოსინთეზის შესრულებისა და მაშასადამე იმ ჟანგბადის გამოყოფისა, რომელიც ამ ზღვის ცხოველებს სასიცოცხლოდ დასჭირდებოდათ, თუმცა უახლესი კვლევების მეშვეობით დადგინდა, რომ ჰიპოთეტური თოვლის გუნდა დედამიწისას, ეკვატორთან მდებარე ყინულის ფენა მხოლოდ 2 მეტრი იყო, შედარებით ცამეტოვან გრადუსებთან განედებში, სადაც მისი სისქე კილომეტრს აღწევდა, ვინაიდან ეკვატორთან მდებარე დედამიწის რეგიონები მეტ მზის სხივსა, და მაშასადამე, სითბოს იღებდა, რასაც შეიძლებოდა გამოეწვია ისეთი ბზარები ყინულებში, როგორებიც დღეს გვხვდება ჩრდილოეთ და სამხრეთ პოლუსებზე მდებარე მყინვარულ საფარებზე, აქედან გამომდინარე, ჰიპოთეტურად არის იმის შანსი, რომ ფსიქროფილური (სიცივის მოყვარული) ორგანიზმებისთვის სახლი იყო ეკვატორთან მდებარე ოკეანური წყლები.