Lumivaipan peittämä
Noin 650 miljoonaa vuotta sitten päiväntasaajalla satoi lunta. Kyse ei ollut mistään hetkellisestä sään oikusta ja poikkeuksellisesta ilmavirtauksesta napa-alueen tuntumasta, vaan lunta satoi pitkään. Se peitti tropiikin hiljalleen hyytävään huomaansa, ja muutti maan valkeaksi.
Oli kylmä. Ilmasto oli viilennyt ja napajäätiköt olivat hiljalleen laajenneet ja saavuttaneet keskileveyspiirit. Niiden poikkeuksellinen laajuus siirsi kuitenkin koko ilmastojärjestelmän uuteen tasapainotilaan. Valtavat jäätiköt heijastivat vaalean peilin tavoin niin suuren osan Auringon säteilystä pois, että planeetta ei enää lämmennyt kuin ennen, vaan alkoi viilenemisen kierre. Viilennyt ilmasto sai jäätiköt laajenemaan kohti päiväntasaajaa, mikä sai suuremman osuuden säteilystä heijastumaan pois lämmittämästä planeettaamme. Syntyi voimakas positiivinen takaisinkytkentä ja lopulta mikään ei pysäyttänyt kylmyyttä. Päiväntasaajan lämpötila laski jopa yhtä alhaiseksi kuin nykyään Etelämantereen keskiosissa ja Maapallo peittyi miljooniksi vuosiksi jäiseen vaippaan, kilometrien paksuiseen jääkuoreen.
Tämän lumipallomaa -vaiheen vaikutukset elämään olivat tietenkin valtaisat, koska paksu jääkuori esti tehokkaasti sinibakteerien yhteyttämisen ja energiantuotannon planeettamme pintavesissä. Vaikka jääkuoren paksuudessa ja kattavuudessa oli varmasti runsaasti vaihteluita, ja päiväntasaajalla oli ajoittain avovettä, sen vaikutukset olivat valtaisat, koska ne tyrehdyttivät merkittävimmän biologisen perustuotannon planeetallamme. Monisoluisia organismeja oli jo olemassa mutta niiden monimuotoistuminen ja lukumäärän räjähdysmäinen kasvu odotti vielä yli sadan miljoonan vuoden päässä siintävää kambrikautta ja sen otollisempia olosuhteita.
Lumipallomaa -vaihe loppui vasta, kun mannerliikunnat saivat aikaiseksi voimakkaampaa tulivuoritoimintaa, ja ilmakehään vapautunu hiilidioksidi sulki planeettamme lämmittävään syliinsä. Paksu jääkuori aiheutti luultavasti itse oman tuhonsa, koska se esti tehokkaasti ilmakehän hiilidioksidin normaalin kierron ja poistumisen ilmakehästä sedimentoitumalla kuolleen biomassan mukana merten pohjiin. Ilmasto muuttui jälleen — tällä kertaa kuumaksi ja kosteaksi, kun kasvihuoneilmiö voimistui ja jäätiköt pakenivat napa-alueille ja korkeimpien vuoristoalueiden ylängöille.
Kuitenkin, jopa lumi- ja jäävaipan peittämänä valkeana pallona Maa oli elävä planeetta, jolla oli verrattaen monipuolinen biosfääri. Monenlaiset mikrobit olivat vallanneet niin meret kuin kallioperänkin, ja kukoistivat jopa jään päällä ja ajoittaisissa sulan veden alueissa. Kun planeetta saa elämästä infektion, sitä ei voi steriloida enää juuri mikään geologinen voima. Vain jättiläismäisen asteroidin törmäyksen aiheuttama tuho ja auringon saapuminen vakaan keski-ikänsä päähän voivat hävittää biosfäärin kauttaaltaan.
Lumipallovaiheen aikana planeettamme elämä koki kovia mutta selviytyi sopivissa, joskin rajatuissa ekologisissa lokeroissa. Merenpohjan geologinen aktiivisuus tuotti mustiksi savuttajiksi kutsuttuja purkauskohtia, joissa maankuoren sisällä lämmennyt vesi vapautuu kohtaamaan kylmän merenpohjan luoden valtavan lämpötilagradientin ja sen myötä anaerobisille mikrobeille mahdollisuuden käyttää maankuoren mineraaleja energiantuotantoonsa. Niiden elinympäristössä merenalainen elämä ei juuri piitannut pinnan talvisista olosuhteista. Mikrobit selviytyivät myös jään sisälle jääneissä suolaisen veden taskuissa, tulivuorten lämmittävissä olosuhteissa, ja jopa jään pinnan tuntumassa, sekä jäljelle jääneissä vaihtelevissa avoimen veden alueissa, joita tutkimusten mukaan oli jäänyt erityisesti päiväntasaajan alueelle muun planeetan oltua umpijäässä. Kallioperän valtava mikrobisto ei sekään piitannut pintaolosuhteiden muutoksista, vaan jatkoi toimintaansa ja kasvuaan aivan kuten ennenkin, mineraaleja ja radioaktiivisen hajoamisen satunnaisia vapaita radikaaleja ravintonaan käyttäen.
On mahdollista, että Maan elämä jopa aiheutti globaalin lumipallovaiheen. Satojen miljoonien vuosien ajan, sinilevät olivat pumpanneet happea Maan ilmakehään tasaisena virtana mutta se oli radikaalina molekyylinä reagoinut välittömästi esimerkiksi raudan kanssa muodostaen meriveteen ruosteeksikin kutsuttua rautaoksidia, joka sitten kerrostui sedimenttien mukana merenpohjaan. Nykyiset rautaesiintymämme ovat siten muinaisten yhteyttäjien toiminnan tulosta. Lopulta vapaa rauta ja muut mineraalit olivat hapettuneet, jolloin happi jäi vapaaksi molekyyliksi ilmakehään ja sen määrä kasvoi nopeasti. Happi on kuitenkin voimakas myrkky anaerobiseen soluhengitykseen tottuneille organismeille, joten sen määrällä oli valtavat seuraukset biosfäärille. Lopulta aitotumalliset organismit, joihin me ihmisetkin kuulumme, oppivat käyttämään reaktiivista happea tehokkaasti osana soluhengityskoneistoaan, mikä osaltaan mahdollisti monisoluisen elämän nousun kambrikaudella. Kaikki liittyy kaikkeen, ja Maan elämä muokkasi jo varhaisista ajoista lähtien planeettamme ilmastoa ja kemiaa aivan kuten geokemialliset ja ilmastolliset reunaehdot vaikuttivat evoluutioon. Vastaavanlaiset vuorovaikutukset ovat takuuvarmoja myös eksoplaneetoilla, joilla elämä vain on saanut alkunsa.
Maan monipuolisella ja vaiherikkaalla geologisella, geokemiallisella ja ilmastollisella historialla on ilmiselviä seurauksia siihen, miten tulkitsemme tulevaisuuden havaintoja eksoplaneetoista, jotka ovat kandidaatteja eläviksi planeetoiksi. Happipitoinen kaasukehä on ehkä yksi selvimmistä kuviteltavissa olevista merkeistä siitä, että kaasukehä on kemiallisessa epätasapainossa, jonka voi saada aikaiseksi vain yhteyttävän elämän toiminta. Hapen puute tai sen vähäinen osuus taas voi tarkoittaa sitä, että yhteyttäviä organismeja ei ole kehittynyt tai että niiden toiminta on jostakin syystä heikkoa tai heikentynyttä — sitä ei voida tulkita minkäänlaiseksi merkiksi planeetan elottomuudesta. Sama pätee muihinkin biomarkkereiksi luokiteltuihin molekyyyleihin, joita saatetaan tulevaisuudessa havaita planeettojen kaasukehissä, jos vain lähitähtien kiviplaneetat ovat kaasukehien peittämiä.
Suorat havainnot puolestaan saattavat paljastaa eksoplaneetan heijastavan likimain kaiken siihen osuvasta tähden valosta, mikä kertoo planeetan pinnan levan kauttaaltaan jonkin heijastavan aineen peitossa. Vesijää on ilmiselvä ja erittäin todennäköinen mahdollisuus, mikä puolestaan saattaa kertoa planeetan olevan jäätynyt valtameriplaneetta tai vain hetkellistä jäätiköitymisvaihetta läpikäyvä maankaltainen, elollinen maailma. Tiedämme jääplaneettojen olevan mahdollisia ja luultavasti yleisiä, koska monet ulkoplaneettakuntamme kuut, kuten vaikkapa Enceladus, ovat jääkuorella varustetun valtameren peittämiä (Kuva 1.). Vesi puolestaan on ulkoplaneettakunnan yleisimpiä planeettojen rakennusmateriaaleja, joten vastaavia maailmoja on suurella varmuudella ainakin miljardeja jo omassa galaksissamme.
Koostumus sekä geokemiallisen ja ilmastollisen kehityksen yksityiskohdat ovat kuitenkin niitä ensiarvoisen oleellisia tekijöitä, jotka määrittävät pienten kivisten eksoplaneettojen elinkelpoisuutta. Toistaiseksi ne ovat juuri ja juuri havainnointikapasiteettimme ulottumattomissa, mutta se tilanne on muuttumassa. Eksoplaneettatutkimus on murroksessa James Webb -avaruusteleskoopin ja muiden lähitulevaisuuden uusien instrumenttien myötä. Ja ensimmäiset suoraan kuvaamalla havaittavat kiviset eksoplaneetat, sellaiset, jotka ovat kandidaatteja eläviksi planeetoiksi, ovat todennäköisesti jään peittämiä. Sellaiset kappaleet kun heijastavat parhaiten tähtensä valoa teleskooppiemme havaittaviksi.
Lumivaipasta ja lumisateesta tuli ajatelleeksi, että lumisadehan edellyttää ensin
kosteutta joka sitten yläilmoista palaa takaisin maanpinnalle lumi- tai vesisateena.
Mikäli Maa olisi kokonaan jään peitossa niin mistä sitä kosteutta silloin kertyisi?
Jäätymistä laajalti voinee ollutkin – niin ainakin tutkijat todenneet,
mutta laaja jääpeite vähentänee myös lumikertymää kylmyydessä.
Olin juuri aikeissa kommentoida samaa, koska tämä on mielestäni asia, joka usein unohdetaan ”lumipallomaasta” puhuttaessa. Koko planeetta ei voi olla lumisateen avulla kasvavaa jäätikköä, vaan jossain on oltava myös alueita joilla tapahtuu veden tai jään nettohaihduntaa. Tämä vaikeuttaa totaalilumipallon aikaansaamista, koska haihtuva jää ei todennäköisesti ole kovin valkoista – joko siksi että sen pintaan rikastuu kaikenlainen pöly tai siksi että se on teräsjäätä johon auringonsäteily uppoaa vähän kuin meriveteen. Mielestäni todennäköistä on että päiväntasaajan meri on ollut ainakin enimmän ajasta ja useimmissa paikoissa sula.
Julkaistiin vuonna 2007 tämän aiheen tiimoilta paperikin, https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0000214 , vaikkakaan ei suoraan tuohon lumipallo/sohjopallo kysymykseen liittyen.