Forklarer en begivenhed en gang i en milliard år:En perfekt storm af ild og is kan have ført til sneboldjorden

Hvad forårsagede den største ishændelse i Jordens historie, kendt som 'sneboldjorden'? Geologer og klimaforskere har søgt efter svaret i årevis, men årsagen til fænomenet er stadig undvigende.

Nu, Harvard University-forskere har en ny hypotese om, hvad der forårsagede den flugtende istid, der dækkede jordens pol til pol i is.

Forskningen er publiceret i Geofysiske forskningsbreve .

Forskere har fastslået starten på det, der er kendt som Sturtian snowball Earth -begivenheden, for omkring 717 millioner år siden - giv eller tag et par 100, 000 år. På det tidspunkt, en enorm vulkansk begivenhed ødelagde et område fra nutidens Alaska til Grønland. Tilfældighed?

Harvard -professorer Francis Macdonald og Robin Wordsworth troede ikke.

"Vi ved, at vulkansk aktivitet kan have en stor indvirkning på miljøet, så det store spørgsmål var, hvordan hænger disse to begivenheder sammen, "sagde Macdonald, John L. Loeb lektor i naturvidenskab.

I starten Macdonalds hold troede, at basaltisk sten - der brydes ned i magnesium og calcium - interagerede med CO2 i atmosfæren og forårsagede afkøling. Imidlertid, hvis det var tilfældet, afkøling ville være sket i løbet af millioner af år, og radio-isotopiske stammer fra vulkanske klipper i det arktiske Canada tyder på et langt mere præcist sammenfald med afkøling.

Macdonald vendte sig til Wordsworth, der modellerer klimaer på ikke-jordiske planeter, og spurgte:kunne aerosoler udsendt fra disse vulkaner hurtigt have afkølet Jorden?

Svaret:ja, under de rigtige betingelser.

"Det er ikke unikt at have store vulkanske provinser i udbrud, "sagde Wordsworth, adjunkt i miljøvidenskab og teknik ved Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science. "Disse typer udbrud er sket igen og igen gennem den geologiske tid, men de er ikke altid forbundet med afkøling. Så, spørgsmålet er, hvad gjorde denne begivenhed anderledes? "

Geologiske og kemiske undersøgelser af denne region, kendt som Franklin store vulkanske provins, viste, at vulkanske sten brød ud gennem svovlrige sedimenter, som ville være blevet skubbet ud i atmosfæren under udbrud som svovldioxid. Når svovldioxid kommer ind i de øverste lag af atmosfæren, det er meget godt til at blokere solstråling. Udbruddet af Mount Pinatubo i Filippinerne i 1991, der skød omkring 10 millioner tons svovl i luften, reducerede globale temperaturer omkring 1 grad Fahrenheit i et år.

Svovldioxid er mest effektiv til at blokere solstråling, hvis det kommer forbi tropopausen, grænsen, der adskiller troposfæren og stratosfæren. Hvis den når denne højde, det er mindre tilbøjeligt til at blive bragt tilbage til jorden i nedbør eller blandet med andre partikler, forlængelse af dets tilstedeværelse i atmosfæren fra cirka en uge til cirka et år. Tropopausebarrierenes højde afhænger alt af planetens baggrundsklima - jo køligere er planeten, jo lavere tropopausen.

"I perioder af Jordens historie, hvor det var meget varmt, vulkansk nedkøling ville ikke have været særlig vigtig, fordi Jorden ville have været beskyttet af denne varme, høj tropopause, "sagde Wordsworth." Under køligere forhold, Jorden bliver unikt sårbar over for sådanne vulkanske forstyrrelser for klimaet. "

"Hvad vores modeller har vist, er, at kontekst og baggrund virkelig betyder noget, "sagde Macdonald.

Et andet vigtigt aspekt er, hvor svovldioxidplummerne når stratosfæren. På grund af kontinentaldrift, 717 millioner år siden, Franklin store vulkanske provins, hvor disse udbrud fandt sted, var beliggende nær ækvator, indgangspunktet for det meste af den solstråling, der holder Jorden varm.

Så, en effektiv lysreflekterende gas kom ind i atmosfæren på det helt rigtige sted og højde for at forårsage afkøling. Men et andet element var nødvendigt for at danne det perfekte stormscenario. Trods alt, Pinatubo -udbruddet havde lignende kvaliteter, men dets kølende effekt varede kun omkring et år.

Udbrudene, der kastede svovl i luften for 717 millioner år siden, var ikke engangseksplosioner af enkelte vulkaner som Pinatubo. De pågældende vulkaner strakte sig over næsten 2, 000 miles på tværs af Canada og Grønland. I stedet for enestående eksplosive udbrud, disse vulkaner kan udbryde mere kontinuerligt som i Hawaii og Island i dag. Forskerne demonstrerede, at et årti eller deromkring af kontinuerlige udbrud fra denne type vulkaner kunne have hældt nok aerosoler i atmosfæren til hurtigt at destabilisere klimaet.

"Afkøling fra aerosoler behøver ikke at fryse hele planeten; det skal bare køre isen til en kritisk breddegrad. Så gør isen resten, "sagde Macdonald.

Jo mere is, jo mere sollys reflekteres og jo køligere bliver planeten. Når isen når breddegrader omkring det nuværende Californien, den positive feedback loop tager over, og den løbende snebold -effekt er stort set ustoppelig.

"Det er let at tænke på klimaet som dette enorme system, der er meget svært at ændre og på mange måder er rigtigt. Men der har været meget dramatiske ændringer i fortiden, og der er alle muligheder for, at der lige pludselig kan ske en ændring i fremtiden som godt, "sagde Wordsworth.

At forstå, hvordan disse dramatiske ændringer sker, kan hjælpe forskere med bedre at forstå, hvordan udryddelser fandt sted, hvordan foreslåede geoengineering -tilgange kan påvirke klimaet, og hvordan klimaet ændrer sig på andre planeter.

"Denne forskning viser, at vi skal væk fra et simpelt paradigme af eksoplaneter, tænker bare på stabile ligevægtsforhold og beboelige zoner, "sagde Wordsworth." Vi ved, at Jorden er et dynamisk og aktivt sted, der har haft skarpe overgange. Der er al mulig grund til at tro, at hurtige klimaovergange af denne type er normen på planeter, frem for undtagelsen. "