หรือ โลกทั้งใบ กลายเป็น "น้ำแข็ง" เมื่อ 600 ล้านปีก่อน เหตุ "ดาวเคราะห์น้อย"

เมื่อราว 600 ล้านปีก่อน ดาวเคราะห์สีน้ำเงินที่ชื่อว่าโลกนั้น โลกทั้งใบ อยู่ในสภาพที่แตกต่างจากโลกที่เรารู้จักในปัจจุบันโดยสิ้นเชิง

หากย้อนเวลากลับไปเมื่อหลายล้านปีก่อน โลกทั้งใบ มีลักษณะคล้ายกับดาวฮอธในจักรวาล Star Wars ซึ่งมีอากาศที่ทั้งแห้งและเย็นยะเยือกพัดปกคลุมไปทั่วผืนดินและผืนสมุทรซึ่งถูกแช่แข็งแทบจะทุกตารางนิ้ว โลกของเราต้องเผชิญกับการถูกแช่แข็งจนกลายเป็นลูกบอลหิมะ หรือที่รู้จักในชื่อ โลกยุคลูกบอลหิมะ (Snowball Earth) อย่างน้อย 2 ครั้ง ในช่วงมากกว่า 600 ล้านปีที่ผ่านมา จะต้องมีสิ่งผิดปกติอย่างรุนแรงบางอย่างเกิดขึ้นจนทำให้ดาวเคราะห์สีน้ำเงินของเราแปรเปลี่ยนไปเป็นก้อนน้ำแข็งสีขาวโพลนขนาดมหึมา ทว่า สิ่งที่ทำให้โลกอยู่ในสภาพเช่นนั้นคืออะไร

มีการเสนอทฤษฎีมากมายเกี่ยวกับสาเหตุของการเกิดปรากฏการณ์ลูกบอลหิมะ ตั้งแต่การปะทุครั้งใหญ่ของภูเขาไฟ ไปจนถึงการเคลื่อนตัวของแผ่นมหาทวีป เมื่อวันที่ 9 กุมภาพันธ์ที่ผ่านมา งานวิจัยฉบับใหม่ซึ่งถูกตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ Science Advances ได้รับความสนใจอย่างล้นหลาม จากการศึกษาเกี่ยวกับ “ทฤษฎีลูกบอลหิมะ” ที่ไม่ได้รับความสนใจมาก่อน โดยทฤษฎีดังกล่าวสันนิษฐานว่า ผลกระทบจากการพุ่งชนของดาวเคราะห์น้อย อาจทำให้โลกเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันและรุนแรงจนเข้าสู่ยุคลูกบอลหิมะ

เมื่อดาวเคราะห์น้อยขนาดใหญ่พุ่งเข้าสู่โลก เศษหินซึ่งมีแร่ธาตุที่มีซัลเฟตเป็นส่วนประกอบ ซึ่งหลุดออกจากดาวเคราะห์น้อยจำนวนมหาศาลจะกระเด็นขึ้นไปบนท้องฟ้า เมื่อเศษจากดาวเคราะห์น้อยเหล่านั้นพุ่งขึ้นไปถึงชั้นสตราโทสเฟียร์ ซึ่งเป็นชั้นบรรยากาศชั้นที่ 2 ของโลก ซัลเฟตในหินก้อนน้อยใหญ่จะเปลี่ยนเป็นละอองลอยที่สามารถสะท้อนแสงอาทิตย์ออกไปได้ และถ้าหากว่าบนชั้นบรรยากาศมีละอองลอยซัลเฟตในปริมาณที่มากพอ แสงอาทิตย์จะถูกสะท้อนออกจากโลกจนทำให้อุณหภูมิภายในเย็นลงอย่างฉับพลัน

ในงานวิจัยชิ้นนี้ นักวิทยาศาสตร์ใช้คอมพิวเตอร์ในการจำลองผลของการฉีดพ่นละอองลอยซัลเฟตในความเข้มข้นที่ต่างกันเข้าสู่บรรยากาศชั้นสตาร์โตสเฟียร์ ตามช่วงเวลาต่าง ๆ ในอดีตที่ผ่านมาของโลก นับตั้งแต่ยุคที่โลกร้อนจัดไปจนถึงยุคที่โลกเป็นน้ำแข็ง เพื่อให้คล้ายกับปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นหลังดาวเคราะห์น้อยพุ่งเข้าชนโลก จากผลการทดลอง นักวิทยาศาสตร์พบว่า โลกจะสามารถทนต่อผลกระทบจากการพุ่งชนของดาวเคราะห์น้อยโดยไม่กลายเป็นน้ำแข็งได้ในช่วงที่มีอุณหภูมิภายในค่อนข้างสูง ในทางกลับกัน หากดาวเคราะห์น้อยพุ่งชนโลกในช่วงที่อุณหภูมิภายในค่อนข้างต่ำ โลกอาจจะถูกหิมะและน้ำแข็งปกคลุมไปทั่วทั้งใบ

แม้ในปัจจุบันนี้จะยังไม่มีหลักฐานทางธรณีวิทยาที่สามารถยืนยันได้ว่าเคยเกิดปรากฏการณ์เช่นนี้ขึ้น แต่ผลจากการศึกษาวิจัยกลับชี้ว่า ดาวเคราะห์น้อยควรถูกพิจารณาให้เป็นหนึ่งในสาเหตุที่ทำให้โลกถูกแช่แข็ง “มันเป็นการทดลองทางความคิดที่น่าสนใจมาก ๆ ครับ” โธมัส เกอร์นอน (Thomas Gernon) นักธรณีวิทยา จากมหาวิทยาลัยมหาวิทยาลัยเซาท์แฮมป์ตัน ผู้ไม่มีส่วนเกี่ยวข้องกับงานวิจัยชิ้นนี้กล่าว

นอกจากนี้ งานวิจัยชิ้นนี้ยังเป็นการศึกษาที่ทำให้เราเห็นคุณค่าของความพยายามในการพัฒนาระบบปกป้องโลกจากการถูกพุ่งชนโดยวัตถุจากอวกาศ ซึ่งเป็นการทำงานร่วมกันของหอสังเกตการณ์ที่คอยจับภาพของดาวเคราะห์น้อย และเทคโนโลยีที่ใช้เบี่ยงวิถีของวัตถุในอวกาศ เพื่อให้สามารถแน่ใจได้ว่า จะไม่มีดาวเคราะห์น้อยที่เป็นอันตรายดวงใดพุ่งเข้าชนโลก

“ผลกระทบจากการพุ่งชนครั้งใหญ่ที่ทำให้โลกกลายเป็นน้ำแข็ง อาจเป็นหายนะต่อสิ่งมีชีวิตที่มีโครงสร้างซับซ้อน และอาจนำไปสู่การสูญพันธุ์ของมนุษยชาติครับ” หมินหมิ่น ฟู่ ผู้เชี่ยวชาญด้านการเปลี่ยนแปลงของระบบภูมิอากาศ จากมหาวิทยาลัยเยล ซึ่งเป็นผู้เขียนวิจัยฉบับนี้กล่าวเสริม

การพุ่งชนที่รุนแรงพอจะเปลี่ยนแปลง โลกทั้งใบ

เมื่อแสงอาทิตย์ถูกละอองลอยซัลเฟตสะท้อนออกจากโลกเป็นระยะเวลานานมากพอ อุณหภูมิภายในโลกจะเย็นลงจนผืนน้ำแข็งเริ่มแผ่ขยายไปตามพื้นผิวของดาวเคราะห์ นอกจากนั้นแล้ว น้ำแข็งเองก็สามารถสะท้อนแสงอาทิตย์กลับสู่อวกาศได้ ดังนั้น ยิ่งผืนน้ำแข็งแผ่กว้างขึ้นเท่าไร อุณหภูมิของโลกก็จะยิ่งเย็นลง และกระตุ้นให้เกิดการก่อตัวของน้ำแข็งเพิ่มขึ้น ถ้าหากว่าปริมาณน้ำแข็งมากขึ้นจนเข้าขั้นวิกฤต โลกจะถูกแช่แข็งจากกระบวนการเย็นตัวที่วนเวียนเป็นวงจรไม่รู้จบจนกลายเป็นลูกบอลหิมะต่อไปเรื่อย ๆ

แม้ว่าการที่โลกต้องเผชิญกับความผันผวนของอุณหภูมิมาหลายต่อหลายครั้งในช่วงเวลาหลายพันล้านปีที่ผ่านมานั้นจะเป็นที่ยอมรับกันโดยทั่วไป แต่นักวิทยาศาสตร์บางคนกลับไม่เห็นด้วยกับทฤษฎีที่กล่าวว่า โลกเคยถูกปกคลุมด้วยน้ำแข็งทั้งใบ อย่างไรก็ตาม มีการค้นพบลักษณะทางธรณีวิทยาเก่าแก่จำนวนมากที่มีรูปร่างแปลกตา เช่น ชั้นของตะกอนและเศษหินที่ถูกอัดเข้าด้วยกันซึ่งโดยทั่วไปจะเกิดจากธารน้ำแข็ง ที่บริเวณเส้นศูนย์สูตร การค้นพบนี้ทำให้หลายคนเชื่อว่า โลกเคยถูกปกคลุมด้วยหิมะและน้ำแข็งอย่างน้อย 2 ครั้งเมื่อราว ๆ 720 ถึง 635 ล้านปีก่อน ระหว่างช่วงยุคไครโอเจเนียน (Cryogenian) ในมหายุคนีโอโพรเทอโรโซอิก (Neoproterozoic Era)

การศึกษาให้แน่ชัดถึงสาเหตุที่ทำให้โลกเข้าสู่ยุคลูกบอลหิมะและสาเหตุที่ทำให้ยุคดังกล่าวสิ้นสุดลงถือเป็นสิ่งที่มีความสำคัญอย่างยิ่ง เพราะหลังจากที่ลูกบอลหิมะลูกที่สองละลายลงไม่นาน ก็เกิดการระเบิดของสิ่งมีชีวิตที่มีโครงสร้างซับซ้อน หรือที่รู้จักกันในชื่อ การระเบิดทางชีวภาพยุคแคมเบรียน (Cambrian explosion) ขึ้นในโลก

“ดังนั้นการเข้าใจสาเหตุและที่มาของเหตุการณ์เหล่านี้ รวมไปถึงประวัติศาสตร์ของสิ่งมีชีวิตบนโลก และความเป็นไปได้ว่าอาจมีสิ่งมีชีวิตบนดาวเคราะห์ดวงอื่น ถึงเป็นสิ่งที่สำคัญมาก ๆ ครับ” ฟู่เสริม

ภูเขาไฟก็ถูกพิจารณาให้เป็นหนึ่งในสาเหตุหลักที่ทำให้โลกถูกแช่แข็งเช่นกัน บางที ในขณะที่ภูเขาไฟปะทุ พวกมันอาจจะปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ ซึ่งจะกลายเป็นละอองลอยในชั้นบรรยากาศออกมามากเกินไปจนทำให้อุณหภูมิภายในโลกเย็นลง นอกจากนี้ยังมีอีกหนึ่งทฤษฎีที่สันนิษฐานว่า ในอดีตที่ผ่านมา โลกอาจมีภูเขาไฟที่ปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่ชั้นบรรยากาศได้ในปริมาณไม่มากนัก จึงส่งผลให้ปรากฏการณ์เรือนกระจกในชั้นบรรยากาศเกิดขึ้นน้อยกว่าในปัจจุบันนี้

อเล็กเซย์ เฟโดรอฟ (Alexey Fedorov) ผู้เชี่ยวชาญด้านการจำลองสภาพภูมิอากาศ จากมหาวิทยาลัยเยล ซึ่งเป็นผู้ร่วมเขียนวิจัยกับฟู่กล่าวว่า “สมมติฐานทั้งสองดูเป็นไปได้ครับ” ทว่า อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีหลักฐานแน่ชัดที่บ่งชี้ได้ว่า ภูเขาไฟในอดีตสามารถปล่อยก๊าซซัลเฟอร์ไดออกไซด์ในปริมาณมากขึ้นสู่ชั้นบรรยากาศได้รวดเร็วพอ หรือปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่ชั้นบรรยากาศในปริมาณที่ลดลงอย่างมีนัยสำคัญ จนทำให้โลกเข้าสู่ยุคลูกบอลหิมะอย่างรวดเร็ว

อย่างไรก็ตาม ผลกระทบจากการพุ่งชนของดาวเคราะห์น้อยนั้นแตกต่างจากการปะทุของภูเขาไฟอย่างชัดเจน คริสเตียน เคอเบิร์ล (Christian Köberl) ผู้เชี่ยวชาญด้านผลกระทบ จากมหาวิทยาลัยเวียนนา ซึ่งเป็นหนึ่งในผู้ร่วมเขียนงานวิจัยเสริมว่า “เพราะผลกระทบจากดาวเคราะห์น้อยเป็นปรากฏการณ์ทางธรณีวิทยาที่เกิดขึ้นทันทีครับ” และเมื่อดาวเคราะห์น้อยพุ่งเข้าชนโลก มันจะปล่อยละอองลอยซัลเฟตปริมาณมากออกสู่ชั้นบรรยากาศในทันที

อุกกาบาตชิกซูลุบ (Chicxulub) หรือดาวเคราะห์น้อยที่มีขนาดยาวกว่า 9.6 กิโลเมตรซึ่งพุ่งชนโลกเมื่อ 66 ล้านปีที่แล้ว ก่อให้เกิดหายนะทางสิ่งแวดล้อมและภูมิอากาศที่รุนแรงพอที่จะนำไปสู่การสูญพันธุ์ครั้งใหญ่ ละอองลอยซัลเฟตที่ถูกปล่อยออกมาพร้อมกับการพุ่งชนของอุกกาบาตลูกนี้มีส่วนทำให้โลกต้องเผชิญกับภาวะโลกเย็นและการขยายตัวของน้ำแข็งในทะเลเป็นเวลาหลายปี ทว่า ผลกระทบจากชิกซูลุบกลับไม่ทำให้โลกกลายเป็นลูกบอลหิมะ อย่างไรก็ตาม ผู้ร่วมวิจัยทุกคนยังคงสงสัยว่า จะเกิดอะไรขึ้นหากโลกเกิดหายนะครั้งใหญ่จากการถูกดาวเคราะห์น้อยพุ่งชน ณ ช่วงเวลาอื่น ๆ ในอดีตที่ผ่านมา

การค้นหาหลักฐานจากนอกโลก

ทีมวิจัยสร้างแบบจำลองโดยละเอียดขึ้นจากช่วงเวลาต่าง ๆ ในประวัติศาสตร์โลกด้วยกัน 4 แบบ เพื่อใช้ทดสอบทฤษฎีการพุ่งชนของดาวเคราะห์น้อย ในแต่ละแบบจำลองจะมีการจัดเรียงทวีป มหาสมุทร และชั้นบรรยากาศที่แตกต่างกัน โดยแบบจำลองเหล่านั้นถูกจำลองขึ้นจากยุคก่อนอุตสาหกรรมที่อุณหภูมิอบอุ่นช่วงก่อนปีค.ศ. 1850, ยุคน้ำแข็งใหญ่สุดครั้งสุดท้าย (Last Glacial Maximum) อันหนาวเหน็บช่วง 20,000 ปีก่อน, ยุคครีเทเชียส (Cretaceous) ที่อุณหภูมิสูงช่วง 145 ถึง 66 ล้านปีก่อน และยุคที่อุณหภูมิผันผวนไปมาในช่วงมหายุคนีโอโพรเทอโรโซอิกเมื่อ 750 ล้านปีก่อน

จากนั้น นักวิจัยจะจำลองการฉีดพ่นละอองลอยซัลเฟตในปริมาณ 6,600 ล้านตัน, 20,000 ล้านตัน และ 2 ล้านล้านตัน ซึ่งเป็นปริมาณที่ใกล้เคียงกับก๊าซที่อุกกาบาตชิกซูลุบปล่อยออกมา เข้าสู่บรรยากาศชั้นสตาร์โตสเฟียร์ของแบบจำลองแต่ละยุค และติดตามผลที่ได้จากการทดลองว่า จะเกิดปรากฏการณ์ลูกบอลหิมะ ซึ่งถูกกำหนดไว้ว่าต้องมีปริมาณน้ำแข็งทะเลปกคลุมพื้นที่ 97 เปอร์เซ็นต์ของโลก ขึ้นหรือไม่

ผลการทดลองปรากฏว่า ปรากฏการณ์ลูกบอลหิมะนั้นจะไม่เกิดขึ้นในยุคก่อนอุตสาหกรรมและยุคครีเทเชียสที่มีอุณหภูมิอบอุ่น ไม่ว่าแบบจำลองของทั้งสองยุคนี้จะมีรายละเอียดต่างกันอย่างไร หรือฉีดพ่นละอองลอยซัลเฟตในปริมาณเท่าใดก็ตาม แต่ในทางกลับกัน การฉีดละอองลอยซัลเฟตในปริมาณ 20,000 ล้านตัน เข้าไปยังแบบจำลองของช่วงมหายุคนีโอโพรเทอโรโซอิก ในยุคที่อุณหภูมิค่อนข้างต่ำและยุคน้ำแข็งใหญ่สุดครั้งสุดท้าย กลับเพียงพอที่จะทำให้มีน้ำแข็งปกคลุมผืนทะเลทั่วโลกในเวลาไม่ถึงหนึ่งทศวรรษ

“การจะเร่งให้เกิดปรากฏการณ์ลูกบอลหิมะในยุคที่โลกมีอุณหภูมิอุ่นเป็นเรื่องที่หินมากครับ” เคอเบิร์ลกล่าว อย่างไรก็ดี งานวิจัยฉบับนี้ชี้ว่า หากอุณหภูมิของโลกเย็นลงแล้ว ปรากฏการณ์ดังกล่าวนั้นเป็น “สิ่งที่สามารถเกิดขึ้นได้”

บรรดานักวิจัยจะต้องค้นหาหลักฐานที่เจาะจง เช่น หลุมอุกกาบาตที่มีขนาดใกล้เคียงกับชิกซูลุบ ซึ่งต้องมีความกว้างประมาณ 177 กิโลเมตร หรือเศษซากจากดาวเคราะห์น้อยที่อุดมไปด้วยแร่ธาตุซึ่งมีซัลเฟตปนอยู่สูง โดยจะต้องสามารถระบุได้ว่าซากหลุมหรือเศษหินที่พบก่อตัวขึ้นในช่วงเริ่มต้นของยุคลูกบอลหิมะ เพื่อนำไปพิสูจน์ว่าสมมติฐานที่คาดว่า การพุ่งชนของดาวเคราะห์น้อยอาจทำให้โลกเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างฉับพลันและรุนแรงจนเข้าสู่ยุคลูกบอลหิมะนั้น ถูกต้องหรือไม่ อย่างไรก็ตาม เกอร์นอนคาดว่า แม้ว่าโลกจะเกิดการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาต่าง ๆ เช่น การถูกกัดกร่อนจากน้ำและธรรมชาติ การระเบิดของภูเขาไฟ รวมไปถึงการเคลื่อนที่ของเปลือกโลกมาตลอดหลายพันล้านปี แต่หลุมอุกกาบาตขนาดมหึมาของชิกซูลุบนั้นอาจจะยังซ่อนอยู่ใต้ทวีปใดทวีปหนึ่งของโลก

“งานวิจัยชิ้นนี้ทำให้ผมรู้สึกตื่นเต้นมากครับ แบบจำลองที่พวกเขาสร้างขึ้นก็ค่อนข้างที่จะน่าสนใจเลยทีเดียว” เกอร์นอนเล่า เขาจะยังคงมีข้อสงสัยเกี่ยวกับทฤษฎีนี้ต่อไปจนกว่าจะมีการพบหลักฐานทางธรณีวิทยาที่สามารถพิสูจน์ได้ว่า ทฤษฎีเกี่ยวกับการพุ่งชนของดาวเคราะห์น้อยนั้นถูกต้อง

ในขณะนี้ ข้อมูลที่อภิปรายและสรุปผลไปนั้นเป็นเพียงการศึกษาบนพื้นฐานของทฤษฎี และการจำลองข้อมูลขึ้น “ทฤษฎีว่าด้วยการการพุ่งชนของดาวเคราะห์น้อยยังไม่สามารถอธิบายปรากฏการณ์ลูกบอลหิมะทั้งหมดได้ครับ แต่ถึงอย่างนั้น เราก็ยังต้องเปิดใจให้กว้าง เพราะงานวิจัยแบบนี้ รวมไปถึงการค้นพบอุกกาบาตชิกซูลุบ แสดงให้เราเห็นว่าแล้วดาวเคราะห์น้อยสามารถเปลี่ยนชะตากรรมของโลกได้อย่างไรบ้าง” เคอเบิร์ลกล่าว

เรื่อง โรบิน จอร์จ แอนดรูส์
แปล พรรณทิพา พรหมเกตุ