Var Jorden nogensinde frosset fast?

Filmen I overmorgen viser et katastrofalt klimaskift til global afkøling, som omtales som den nye istid. I filmen, smeltning af polar is forårsaget af global opvarmning forstyrrer den nordatlantiske strøm, hurtigt faldende havtemperatur, i sidste ende fører til frysning af havet på global skala. Selvom denne over-the-top effekt skildret af denne fiktive film indeholder lidt videnskabelig sandhed, mange forskere studerer en global istid under Cryogenian, en geologisk periode, der varede fra 720 til 635 millioner år siden.

Nyere forskning om glacial refugia har varmet op om debatten om denne istid, brygger en strid om, i hvilket omfang istiden dækkede Jorden. To hovedhypoteser er på bordet:"Snowball Earth" teori, der hævder, at is dækkede hele Jorden, og "Slushball Earth" hypotese, hvor havbåndet nær ækvator forblev åbent, tillader den hydrologiske cyklus - fordampning og nedbør af vand - at vedvare.

Begrebet Snowball Earth blev først opfundet af Joe Kirschvink, en geobiolog hos CalTech i slutningen af ​​1980'erne. Teorien var baseret på den tidlige observation af, at glaciale aflejringer fra denne tid var vidt udbredt på næsten alle kontinenter, med nogle geologiske beviser, der endda tyder på istid på tropiske breddegrader. Den pludselige ændring i klimaet er forankret i den positive feedback loop, almindeligvis omtalt som albedo ("hvidhed" på latin) effekt. Kort fortalt, når jorden afkøles og is dannes fra polen ned til lavere breddegrader, albedoen, eller Jordens hvidhed stiger, afspejler mere solstråling-ligesom hvordan en sort t-shirt absorberer mere varme, mens en hvid t-shirt afspejler alle lysets bølgelængder.

Sammen med albedoeffekten, den langsigtede kulstofcyklus sparkede i højt gear, giver en dobbelt positiv feedback. Da det gamle superkontinent Rodinia brød fra hinanden, den nyoprettede kystlinje på den lave breddegrad intensiverede forvitringen af ​​klippen. Silikatsten, som udgør størstedelen af ​​jordskorpen, gennemgår en kemisk forvitringsreaktion, der fjerner CO2 fra atmosfæren. Da den atmosfæriske CO2 blev reduceret, Jorden blev koldere, som CO2, sammen med andre drivhusgasser, blokerer varmen for at undslippe Jorden. I øvrigt, fordi de opdelte kontinenter var på de lave breddegrader, de kunne ikke have forhindret fremrykning af is, der dannedes i polerne, den koldeste region på jorden, som ville have skabt en helt frossen planet.

Kritikerne af Snowball Earth -teorien - herunder professor Richard Peltier og hans kolleger ved University of Toronto og Texas A &M - offentliggjorde et papir, der modbeviser hypotesen, hvor de kører en række simuleringer, der resulterede i et ækvatorialt bælte med åbent vand, der kan forklare organismernes overlevelse under istiden, samt den efterfølgende genoplivning af talrige arter.

Deres argument stammer fra det faktum, at istiden ikke kun indebar positiv feedback, men også en vigtig negativ feedback. Da klimaet blev koldere, den atmosfæriske ilt ville have sunket dybere ned i havet. Da atmosfærisk ilt spredte sig dybt i havet, det blev bundet til laget af gammelt organisk stof, danner CO2. Carbondioxid, frigivet tilbage i atmosfæren, ville have varmet jorden ved drivhuseffekten, som ville have optøet Jorden, forhindrer islagene og gletsjerne i at komme videre. Derfor, sådan negativ feedback kunne have forhindret is i fuldstændigt at dække jordoverfladen.

Peltier giver endnu et vigtigt bevis mod Snowball Earth -teorien:en geografisk region, der tillod overlevelse af fauna og flora, omtalt som "glacial refugia." Havde Jorden fuldstændig frostet sig selv, dens barske klima ville have dræbt mange organismer. I øvrigt, fuldstændig refleksion af solstråling ville have decimeret fotosyntetiske organismer. Endnu, der er ingen sådan geologisk indikation på, at der fandt sted en masseudryddelse.

Debatten om hård versus slushy Snowball Earth bliver mere gådefuld i slutningen af ​​den kryogene periode og starten på Cambrian, når den såkaldte "kambriske eksplosion" af dyreliv opstår. Den kambriske eksplosion refererer til et kort interval, hvor mange flercellede dyr i forskellige former dukkede op på jordens overflade. Kritikere af Snowball Earth hævder, at en så dramatisk stigning i biodiversitet inden for en kort periode ikke ville have været i stand til at ske i et hårdt Snowball Earth -scenario, da mange organismer før eksplosionen ville være uddød. Tilhængerne af Snowball Earth, på den anden side, hævder, at biodiversiteten simpelthen er et resultat af de robuste mikroorganismer, der overlevede Snowball Earth, udvikler sig i størrelse såvel som anatomisk kompleksitet gennem tiden.

Ingen af ​​disse hypoteser er stukket i sten, men er snarere en del af en igangværende debat, der kræver meget præcisering. For bedre at forstå, hvad der skete i den kryogene periode, det er nødvendigt at udvikle forskellige klimamodeller med mange parametre, giver fleksibilitet til den hidtil ukendte kompleksitet i tidligere klimaforhold. I øvrigt, grundig undersøgelse af de organismer, der overlevede Snowball Earth, kunne yderligere hjælpe vores forståelse af denne gådefulde periode.

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.