Кіріспе

Мұзтану 450 миллионнан 420 миллион жылға дейін

Анд-Сахара мұзтануы, сондай-ақ ерте палеозойлық мұз дәуірі (EPIA), ерте палеозойлық мұз үйі деп аталады, ол Дарривиль кезеңінде бастау алған. Бұл мұзтанудың дәлелдерін Арабия, Солтүстік Африка, Оңтүстік Африка, Бразилия, Перу, Боливия, Чили, Аргентина және Вайоминг сияқты жерлерде кездестіруге болады. Кейінгі ордовик мұзтануы кейінгі ордовик жаппай жойылудың басты себебі деп саналады және ол теңіз тіршілігінің шамамен 61% құрамын қамтитын жаппай жойылумен бірге жүрген жалғыз мұздық эпизод болып табылады. Мұздықтардың ең жоғары көлемі 50-ден 250 миллион куб километрге дейін бағаланады, ал оның ұзақтығы 35 миллионнан 1 миллион жылға дейін болған. Хирнантиан кезеңіндегі ең биік нүктесінде мұз дәуірі соңғы плейстоценде болған соңғы мұздық максимумнан әлдеқайда күшті болған деп есептеледі. Сандбианнан алынған изотоптық мәліметтер үш мүмкін мұзтану кезеңін көрсетеді: ерте Сандбиан мұзтануы, орта Сандбиан мұзтануы және кеш Сандбиан мұзтануы. Катиан кезеңінде көптеген қысқа мұзтанулар болған: ерте Катианда үш өте қысқа мұзтану, ерте Катианның соңында Раквере мұзтануы, орта Катиан мұзтануы, ерте Катианның кеш Ашгилл мұзтануы және соңғы Катиан мұзтануы, оған Параортограптус пацификус граптолит биозонасында жылдам жылыну оқиғасы ілесіп, Хирнантиан мұзтануынан бұрын болған. Катианнан жер асты суларының қалыптасуындағы үлкен өзгерістердің дәлелдері белгілі, бұл әдетте жаһандық климаттың кенеттен өзгеруін көрсетеді. Граптолит биостратиграфиясына сәйкес келетін көміртек және неодимнің изотоптық қатынастарының өзгеруі Катиан кезеңіндегі мұздық эустатикалық циклдардың болуын растайды, сондай-ақ Кентукки мен Квебек штаттарынан алынған кондонт апатит δ18O ауытқулары мұздық эустатикалық теңіз деңгейінің өзгеруін көрсетеді. Дегенмен, Катиан кезеңіндегі мұзтанулардың болуы әлі де даулы. Катиан брахиоподы және Цинциннати аркасынан алынған теңіз суының δ18O мәндері жаһандық парниктік күйге тән мұхит температурасын көрсетеді.

Гирнант мұздықтары

Катиан-Гирнантиан шекарасында кенеттен салқындау оқиғасы мұздықтардың жылдам кеңеюіне алып келді, нәтижесінде фанерозойдың ең ауыр мұз басуларының бірі пайда болды. Бұл өте күшті салқындау оқиғасы, Ордовик кезеңінің соңғы жаппай жойылуының алғашқы толқынымен бірдей уақытта болған деп саналады. Хирнантианның басында δ18O ығысуы байқалады; бұл ығысудың мөлшері (+2 4‰) ерекше. Оның бағыты мұздың салқындауын және мұз көлемінің артуын көрсетеді. δ18O изотоптық көрсеткішіндегі байқалатын ығысулар осы мұздық кезеңде теңіз деңгейінің 100 метрге төмендеуіне және тропикалық мұхит температурасының 10°C-қа төмендеуіне себеп болар еді. Хирнантианның соңында Ордовик кезеңінің соңғы жаппай жойылуының екінші толқынымен бірге мұздықтардың күрт кері шегінуі болды, содан кейін Жер Рудданиян кезеңінде әлдеқайда жылы климатқа оралды. Кейінгі Хирнантиан жылынуы δ18O-ның теріс мәндерге қарай ұқсас күрт ығысуымен сипатталады. δ13C мәндері де силурдің басында күрт төмендейді.

Силур мұздықтары

Рудданийдің салыстырмалы түрде жылы болуынан кейін, ерте және соңғы Аэрон кезеңдерінде мұздық құбылыстар орын алды. Келесі мұздық кезең Телихианның соңынан Шейнвудтың ортасына дейін созылды. Гомер дәуірінің ертеден кеш кезеңіне дейін Жер тағы бір мұздық фазасында болды. EPIA-ның соңғы ірі мұздықтануы Людфорд кезеңінде болды және Лау оқиғасымен байланысты болды. Осы кезеңде мұздық Арабия, Сахара, Батыс Африка, Оңтүстік Амазонка және Анд тауларында белгілі, ал мұздық орталығы Ордовик (450–440 млн жыл бұрын) Сахарадан Силур (440–420 млн жыл бұрын) Оңтүстік Америкаға қарай жылжуы анықталды. Эйлс пен Янгтың сөзінше, "шамамен 440 млн жыл бұрынғы ірі мұздық эпизод, Батыс Африкада (Сахараның Тамаджерт формациясы), Мароккода (Тиндуф бассейні) және батыс-орталық Сауд Арабиясындағы қазба жыртылыстарында тіркелген, бұл аймақтар сол кезде полярлық ендікте болған. Ордовик дәуірінің соңынан Силур дәуірінің басына дейін мұздықтардың орталығы Солтүстік Африкадан Оңтүстік Американың оңтүстік-батысына жылды". Африка мен Бразилияның шығысында континенттік мұздықтар, ал Анд тауларында альпілік мұздықтар қалыптасты. Оңтүстік Американың батысында (Перу, Боливия және солтүстік Аргентина) ерте силур (Лландонвери) дәуіріне жатқан, мұздық-теңіз диамиктиттері, турбидиттер, тақтатастар, лай ағындары және қиыршық ағындарымен қабаттасқан қоршаулар табылды, олардың оңтүстікке қарай солтүстік Аргентина мен батыс Парагвайға дейін, ал ықтималды солтүстікке қарай Перу, Эквадор және Колумбияға дейін кеңейгені анықталды.

Литологиялық

Бигхорн доломитының стратиграфиялық құрылымының тізбегі (ордовик кезеңінің соңына сәйкес келеді), мұздық мұздың біртіндеп қалыптасуымен үйлеседі. Бигхорн доломитының тізбектері құрамдас циклдарындағы жүйелі өзгерістерді көрсетеді, және осы циклдардағы өзгерістер парниктік климаттан ауысу, мұздық климатқа қарай өту ретінде түсіндіріледі.

СО2 азаюы

Ерте палеозой кезеңінде мұз басуға кедергі келтірген факторлардың бірі атмосферадағы CO2 концентрациясы болды, ол сол кезде өнеркәсіптік деңгейден 8-20 есе жоғары болды. Сонымен қатар, Хирнантианда CO2 концентрациясы айтарлықтай төмендеген деп саналады, бұл жалпы суыну үрдісі кезінде кең ауқымды мұз басуға себеп болуы мүмкін. Бұл кезде CO2-ні кетіру әдістері жақсы белгілі болған жоқ, мұхиттық органикалық көміртектің көмуінің күшеюі және көмірқышқыл газының жанартаулық шығарылымдарының азаюы ұсынылды. CO2 деңгейі жоғары болған жағдайда да мұз басу басталуы мүмкін еді, бірақ бұл континенттік құрылымға тікелей байланысты болар еді. Тағы бір гипотеза бойынша, Катиандағы ірі магмалық провинция сол кезеңдегі жоғары континенттік жанартаулық белсенділігінен туындаған базальттық су тасқынына әкелді. Қысқа мерзімде бұл атмосфераға көп мөлшерде CO2 шығарып, Катиандағы жылу импульсін түсіндіруі мүмкін. Алайда, ұзақ мерзімде базальттық су тасқыны базальт тау жыныстарынан тұратын жазықтарды қалдырып, гранитті тау жыныстарының орнын басар еді. Базальт тау жыныстары гранит тау жыныстарына қарағанда анағұрлым жылдам үгіледі, бұл жанартаулық белсенділіктен бұрын атмосферадан CO2-ні тез жоюға мүмкіндік берер еді. CO2 деңгейі сондай-ақ құрлықтағы тамырсыз өсімдіктердің кеңеюіне байланысты болған силикаттық үгілудің үдеуінен де төмендеуі мүмкін. Тамырлы өсімдіктер мұз басудан кейін 15 миллион жылдан соң пайда болды. Бұл өзгеріс Хирнантиандық изотоптық көміртек ауытқуы (HICE) деп белгілі. δ13C-тің оң қарай ығысуы көміртек циклының өзгеруін көрсетеді, бұл органикалық көміртек көмуінің артуына әкелді, бірақ кейбір зерттеушілер бұл δ13C өзгерісінің себебі теңіз деңгейінің төмендеуіне байланысты ашық қалған карбонат платформаларының үгілуінің күшеюі деп санайды. Органикалық көміртек көмуінің күшеюі атмосфералық CO2 деңгейінің төмендеуіне және кері парниктік эффектіге алып келді, бұл мұз басудың оңайрақ басталуына жағдай жасады. Жерден екі килопарсек қашықтықта болған он секундтық GRB (гамма сәулесінің шарпылуы) бір шаршы метрге 100 килоджоуль мөлшеріндегі сәулелену әсерін тигізер еді. Бұл гамма сәулесінің шарпылуынан кейін жер бетіне көп мөлшерде азот қышқылының жаууына әкеліп соқтырар еді, бұл нитрат тапшылығынан шектелген фотосинтездің гүлденуіне себеп болар еді, олар атмосферадан көп мөлшерде көмірқышқыл газын сіңірер еді. Сонымен қатар, GRB озонның, тағы бір қуатты парниктік газдың, айтарлықтай азаюын бастаған болар еді, озонның диоксид азотымен реакциясы GRB-ның диоксид азотты ыдыратуы және азот атомдарының оттегімен келесі реакциясы нәтижесінде пайда болған.

Ордовик метеорлық оқиғасы

L-хондриттің аналық денесінің ыдырауы нәтижесінде Жерге сыртқы кеңістіктен материалдың жаңбыры құйылды, бұл ордовик метеорлық құбылысы деп аталады. Бұл құбылыс стратосферадағы шаңның 3 немесе 4 есеге артуына әкелді және күн сәулесін кері қайтаратындықтан мұз дәуірін тудырған болуы мүмкін.

Дениликиннің әсер ету құрылымы

2023 жылғы мақалада Хирнант мұз басуының себебі қазіргі оңтүстік-шығыс Австралиядағы Дениликин көп сақиналы құрылымын жасаған соққыдан туындаған соққылық қыс болуы мүмкін деген пікір ұсынылған, алайда бұл гипотеза әзірге зерттелмеген.

Жанартау аэрозольдері

Жанартау белсенділігі көбінесе парниктік газдардың шығарылуы арқылы жылынуға алып келсе де, жарықты бөгейтін бөлшектер – аэрозольдер арқылы салқындатуға да себеп болуы мүмкін. Хирнантиан кезеңіндегі жоғары жанартаулық белсенділіктің мол дәлелдері бар, олар көптеген аймақтарда сынаптың (Hg) жоғары концентрациясымен расталады. Күкірт диоксиді (SO2) және басқа күкіртті жанартау газдары стратосферада сульфат аэрозольдеріне айналады, ал қысқа мерзімді, үлкен магмалық провинциялардың жарылыстары осылайша салқындатуға себеп болуы мүмкін. Хирнантиан кезеңінде үлкен магмалық провинцияның тікелей дәлелі болмаса да, вулканизм әлі де маңызды фактор болуы мүмкін. Жарылыс арқылы шығатын жанартаулар, тұрақты түрде күл мен ұшқыш заттарды стратосфераға жіберіп, сульфат аэрозольдерін жасауға одан да тиімді. Ордовик кезеңінің соңында күл қабаттары жиі кездеседі, ал Хирнантиан пириті стратосфералық жарылыстарға сәйкес күкірт изотоптарының аномалияларын көрсетеді. Әсіресе, Дэйк бентониті қабатын құраған алып мега-жарылыс, оның үлкен оң оттегі изотоптық ауытқуымен және оның бентонит қабатында байқалған жоғары күкірт концентрациясымен сәйкес келгендіктен, жаһандық салқындатумен байланыстырылған.

Теңіз деңгейінің өзгеруі

Бұл кезеңде температураның төмендеуіне себеп болатын нұсқалардың бірі – теңіз деңгейінің төмендеуі. Теңіз деңгейі кең көлемді мұз қаптамаларының пайда болуына дейін төмендеуі тиіс, бұл оны ықтимал тудырғыш факторға айналдырады. Теңіз деңгейінің төмендеуі мұздықтардың өсуі үшін көбірек жерді қолжетімді етеді. Теңіз деңгейінің өзгеру уақытына қатысты пікірталастар көп, бірақ теңіз деңгейінің төмендеуі Ашгиллиан кезеңінен бұрын басталғанына қатысты бірнеше дәлелдер бар, бұл мұз басуға ықпал еткен фактор болған болар. Тектоникалық қозғалыстар туралы біздің білімімізге сүйенсек, Гондвананың Оңтүстік полюске қарай жылжуына қажетті уақыт мұз басуды тудыру үшін тым ұзақ болды. Тектоникалық қозғалыс әдетте бірнеше миллион жылға созылады, бірақ мұз басудың ауқымы 1 миллион жылдан кем уақытта болған сияқты. Дегенмен, мұз басудың нақты уақыт аралығы 1 миллион жылдан 35 миллион жылға дейін құрайды, сондықтан тектоникалық қозғалыс осы мұзды кезеңді бастауы мүмкін. Балама ретінде, нақты полярлық қозғалыс (TPW), емес, дәстүрлі пластиналық қозғалыс Хирнант мұз басуының басталуына жауапты болуы мүмкін. 450 және 440 миллион жыл бұрын алынған палеомагниттік деректер жылына шамамен 55 см жылдамдықпен болатын ~50° шамасындағы ТПВ-ны көрсетеді, бұл континенттердің жылдам қозғалысын дәстүрлі тектоникалық плиталарға қарағанда жақсы түсіндіреді.

Полюстерге қарай мұхит жылу тасымалы

Мұхит жылу тасымалы полюстердің жылынуының басты қозғаушы күші болып табылады, ол экватордан жылы суды алып, оны жоғары ендіктерге таратады. Бұл жылу тасымалының әлсіреуі, жоғары көмірқышқыл газ жағдайында полюстердің суынуына және мұздың пайда болуына мүмкіндік берген болуы мүмкін. Алайда, зерттеулер мұз басудың пайда болуы үшін полюске қарай жылу тасымалының төмендеуі қажет екенін көрсетіп, қазіргі біліммен қатысты қайшылық тудырады. Гирнант мұз басуы жылдам аяқталса да, кейінгі силур кезеңінде жұмсақ мұз басулар жалғасты. Анд-Сахара мұз басуының басталуы хитинозоялардың биологиялық әртүрлілігіне кері әсер етті. Даривильдің соңғы кезеңіндегі әртүрліліктің ең жоғары деңгейінен кейін, хитинозоялардың әртүрлілігі кеш ордовик кезеңінде азайды. Лаурентия аймағындағы төмен ендік орны мен жылы климатына байланысты хитинозоялардың әртүрлілігінің төмендеуі байқалды. Кейінгі ордовик мұз басуы бес ірі жаппай жойылу оқиғасының екінші ең ірісімен – соңғы ордовик жаппай жойылумен бірге жүрді. Бұл кезең – жаппай жойылу оқиғасымен қатар орын алған жалғыз мұз басу кезеңі. Жойылу оқиғасы екі бөлек толқыннан тұрды. Жойылудың алғашқы толқыны су бағанасының тез суынуына және оттегінің артуына байланысты деп есептеледі. Бұл алғашқы толқын екіншісінен үлкен болды және терең және жақын мұхиттарда өмір сүрген теңіз жануарларының көп бөлігінің жойылуына себеп болды. Жойылудың екінші кезеңі теңіз деңгейінің күрт көтерілуімен байланысты болды және атмосфералық жағдайларға байланысты, атап айтқанда, оттегі деңгейі қазіргі деңгейдің 50% төмен болғандықтан, оттегісіз судың жоғары деңгейі кең таралған болуы мүмкін. Бұл оттегінің жетіспеуі бірінші жойылу толқынынан аман қалған көптеген түрлерді өлтірген болар еді. Соңғы ордовик кезеңіндегі жаппай жойылу оқиғасы теңіз жануарларының 85% және жануарлар отбасыларының 26% жоғалуына әкелді. Гомер мұз аралықтың соңындағы мұзсыздану трилет спораларын өндіретін өсімдіктердің алғашқы ірі таралуымен бірге жүрді, бұл силур-девон жер революциясының басталуын білдірді. Кейінгі орта Людфорд мұз басуы теңіз деңгейінің төмендеуіне әкеп соқты, бұл жаңа құрлықтық мекен орындарының кең аумақтарын құрды, олар тез арада құрлық өсімдіктерімен мекенделді, олардың әртараптануын одан әрі жеңілдетті. Анд-Сахара мұз басуының аяқталуын білдірген Придоли кезеңіндегі жылыну гүлдердің одан әрі таралуын қамтамасыз етті.