В оксигенации атмосферы планеты принимали участие не только цианобактерии, но и во всевозрастающей степени эукариоты – зеленые, красные и бурые водоросли. Именно эти группы первичных продуцентов, демонстрирующих рост обилия и разнообразия в позднем рифее, снизили парниковый эффект атмосферы (что актуально и для современной биосферы) и вызвали череду похолоданий и ледниковых периодов в конце протерозоя.

Анализ соотношений разных изотопов углерода из толщ протерозоя вносит количественную характеристику в эту довольно сложную картину биосферных событий позднего протерозоя. Так, карбонаты и органическое вещество в породах с возрастом 850 млн лет и моложе имеют необычайно высокие отношения 13С : 12C, которых не наблюдалось ни в предшествующей, ни в последующей истории планеты. Размах и направление этого изотопного сдвига означает абсолютное увеличение скорости захоро-нения органического углерода, и значит – резкий рост биопродуктивности океана в период, непосредственно предшествующий череде длительных и обширных оледенений.

В интервале от 750 до 580 млн лет назад зафиксировано четыре длительных ледниковых периода, но, возможно, их число было большим. Масштабность этих событий потрясает. Льды достигали уровня моря даже на континентах вблизи экватора. Об этом свидетельствуют палеогеографические реконструкции, основанные на анализе остаточной намагниченности горных пород. Изотопная летопись углерода из карбонатных отложений, накопившихся в периоды оледенений, демонстрирует негативные аномалии чудовищной амплитуды. Подобного не наблюдалось ни в течение предшествующих 1, 2 млрд лет, ни в ходе всей последующей геологической истории.

Сейчас, когда гипотеза об оледеневшей Земле обрела черты научной сенсации, интенсивно обсуждается поведение различных параметров биосферы. Полагают, что каждое из оледенений могло длиться от 4 до 30 млн лет. В эти периоды лед толщиной почти 2 км сплошным слоем покрывал континенты и Мировой океан. Биологическая продуктивность (от фотосинтезирующего планктона и далее – по пищевой цепи) в поверхностных водах океана резко сокращалась на миллионы лет – обширные льды блокировали солнечный свет. Оледенения заканчивались катастрофически быстро, когда благодаря наземному вулканизму в атмосфере накапливались большие количества углекислого газа, более чем в 300 раз превышающее его современный уровень.

Эта смелая гипотеза позволяет объяснить ранее непонятные явления, например такое, как природа доломитов, обычно перекрывающих ледниковые отложения. Доломиты – СаМg(СОЗ)2 – характерны для тепловодных карбонатных бассейнов низких широт, и появление их на короткое время сразу по окончании оледенения вызывало много споров. Полагают следующее: как только концентрация углекислого газа в атмосфере достигала критического уровня, холодная биосфера довольно быстро на-гревалась. Океан освобождался ото льда и поглощал гигантские объемы углекислого газа из атмосферы.

В рамках этой гипотезы находит объяснение и очень позднее появление полосчатых железных руд, которые характерны для гораздо более древних эпох позднего архея и раннего протерозоя (максимум их накопления был около 2, 5 млрд лет назад). Покрытый льдом океан быстро становился бескислородным и потому обогащался железом за счет подводных гидротермальных источников. Освобождение океана ото льда и приток кислорода в связи с возрастающей активностью фотосинтезирующих организмов привели к окислению и осаждению железа.

Причины столь глубокого и длительного похолодания на планете не вполне ясны. Предложено несколько гипотез, самая распространенная из которых связывает похолодание со снижением парникового эффекта атмосферы: фотосинтезирующие организмы поглотили гигантский объем углекислого газа, а захоронение биогенного углерода на обширных и стабильных континентах надолго выводило его из круговорота.

Недавно предложена гипотеза о том, что в период оледенений в позднем протерозое наклон оси вращения Земли к плоскости ее орбиты вокруг Солнца был не менее 54° (против нынешних 23, 5°) и потому экваториальные районы были самыми холодными, а полярные области оставались более теплыми. Эта гипотеза требует объяснения механизма столь быстрых и периодических изменений наклона оси. Как видим, споры идут о масштабности оледенений. А в том, что в интервале 750–545 млн лет назад было несколько ледниковых периодов, сомнений нет.

Прикладной аспект этой модели очень важен: ледниковые периоды позднего протерозоя являются индикаторами захоронения огромных масс углерода во временных окрестностях этих событий. Действительно, для позднего рифея и венда характерны значительные накопления нефти. Ведущие нефтяные компании проявляют повышенное внимание к нефтесодержащим породам верхнего протерозоя Сибири, Китая, Омана, Намибии, Ботсваны, Южной Африки и Южной Австралии.

Новым инструментом в исследовании биологических событий протерозоя стали остатки органических соединений, специфичных для тех или иных групп органического мира, – биомаркеры, упомянутые выше. Одной из наиболее важных групп биомаркеров являются стераны, получающиеся из стеролов – естественных продуктов эукариот. Стераны широко распространены в нефти и битумах венда и нижнего кембрия. Состав этих биомаркеров отличается от веществ той же группы более поздних периодов и уже используется для реконструкции истории органического мира, распознавания и датирования нефтеносных материнских пород. Эти биомаркеры доказывают не только биогенную природу вендской нефти, но и определенно свидетельствуют о ведущей роли эукариот в продукции исходного органического вещества. Биомаркеры становятся инструментом палеонтологии и стратиграфии докембрия, несмотря на технические и методологические сложности их исследования.