Lądolód na Antarktydzie.

W czasie zlodowaceń typu śnieżnej kuli (w prekambrze) wszystkie kontynenty były w całości przykryte grubą warstwą śniegu i lodu (fot.

Zlodowacenia plejstoceńskie, które ustąpiły z terytorium Polski około 15 tys. lat temu, choć katastrofalne, to jednak nie mogły się równać z wcześniejszymi zdarzeniami glacjalnymi. W prekambrze (co najmniej 600 mln lat temu) lodowce i lądolody pokrywały bowiem całą kulę ziemską.

Zdarzenia tego typu określane są mianem zlodowaceń śnieżnej kuli (inaczej „Ziemia-śnieżka”; ang. Snowball Earth). Nazwa dobrze oddaje istotę takich katastrof. Lód pokrywał wówczas wszystkie lądy, także te znajdujące się na równiku.

Jak powstawały zlodowacenia typu śnieżnej kuli?

Geolodzy coraz chętniej przyjmują argumenty zwolenników teorii śnieżnej kuli, akceptując z reguły fakt istnienia w prekambrze co najmniej kilku katastrofalnych zlodowaceń obejmujących całą kulę ziemską. Problem stanowią wciąż mechanizmy powstawania lądolodu obejmującego wszystkie kontynenty, aż po równik. Nie są one do końca objaśnione.

Najbardziej prawdopodobną przyczyną zlodowaceń śnieżnej kuli jest zespół kilku współdziałających ze sobą czynników:

  • mniejsza ilość (o ok. 10 procent) promieniowania słonecznego docierającego do Ziemi; miliard lat temu Słońce świeciło słabiej niż obecnie,
  • pojawienie się tlenu w atmosferze; spowodował on rozpad metanu, który jest gazem cieplarnianym,
  • usunięcie z atmosfery dużych ilości dwutlenku węgla; odpowiedzialne były za to procesy wietrzenia skał, które wymagają obecności CO2,
  • przemieszczenie się kontynentów w rejony bliskie równikowi; przyspieszyło to wietrzenie skał, poza tym umożliwiło dalszą intensywną erozję już po początkowym ochłodzeniu.

Do wymienionych czynników dołączył wkrótce jeszcze jeden – wysokie albedo śniegu i lodu. Powstające lodowce i lądolody odbijają więcej promieniowania słonecznego niż goła ziemia. Mniejsza ilość energii Słońca dodatkowo przyspiesza proces ochładzania. To dodatnie sprzężenie zwrotne doprowadzało do zlodowacenia, które obejmowało całą kulę ziemską.

Powrót do normalności

Osobną kwestię stanowi wyjaśnienie sposobu, w jaki ustępowały zlodowacenia typu śnieżnej kuli. Najbardziej prawdopodobny mechanizm oparty jest na następujących założeniach:

  • brak wietrzenia i erozji (skały były przykryte lodem) uniemożliwiał dalsze obniżanie się zawartości dwutlenku węgla w atmosferze,
  • dwutlenek węgla i metan były dostarczane przez zjawiska wulkaniczne.

Zjawiska te powinny spowodować topnienie lądolodu – przynajmniej w rejonach równikowych. Pojawienie się nagiej powierzchni skał zmniejszyło albedo, zwiększając tym samym ilość pochłanianej energii słonecznej. To doprowadziło do dalszego topienia pokrywy lodowej. A zatem mieliśmy do czynienia z kolejnym dodatnim sprzężeniem zwrotnym – tym razem działającym jednak w dokładnie przeciwnym kierunku.

Kontrowersje

Opisany model nie został na razie zaakceptowany przez wszystkich naukowców. Nie wiadomo, czy wymienione czynniki prowadzące do rozwoju zlodowaceń mogły spowodować powstanie pokrywy lodowej obejmującej wszystkie kontynenty.

Co więcej, kłopoty sprawia też objaśnienie mechanizmu ustępowania globalnego zlodowacenia. Według wielu geologów dwutlenek węgla dostarczany drogą wulkaniczną nie mógłby wygenerować dostatecznie silnego efektu cieplarnianego. A gdyby nawet udało się otrzymać tą drogą odpowiednie ilości gazów cieplarnianych, to cały ten proces musiałby trwać nawet kilkaset milionów lat!

Nowe teorie

Kolejne badania pozwalają na coraz lepsze objaśnienie fenomenu zlodowaceń śnieżnej kuli. Student Uniwersytetu stanu Colorado w Boulder (USA) opracował nowy, oparty na bogatej palecie zmiennych, model klimatyczny prekambryjskiej Ziemi. To skomplikowane, wymagające sporej mocy obliczeniowej odwzorowanie ziemskiej atmosfery sprzed prawie miliarda lat ma o wiele lepiej tłumaczyć zachodzące wówczas globalne procesy.

Co ciekawe, zdaniem studenta oraz jego opiekuna naukowego nowy model dostarcza kolejnych argumentów potwierdzających możliwość powstania zlodowaceń śnieżnej kuli. Obliczenia wykazały bowiem, że realne było drastyczne obniżenie średniej rocznej temperatury powietrza aż do poziomu powodującego powstanie pokrywy lodowej obejmującej całe kontynenty.

Model prekambryjskiej atmosfery wymagał sięgnięcia po dodatkowe zmienne, nieuwzględnione we wcześniejszych badaniach. Okazuje się, że niedostatki wcześniejszych wyjaśnień genezy zlodowaceń śnieżnej kuli mogły wynikać z pominięcia niektórych istotnych czynników obniżających temperaturę powietrza.

Odkrycie amerykańskiego studenta stanowi kolejny argument potwierdzający to, co udało się odczytać z zapisu kopalnego. Skały badane przez geologów, zwłaszcza datowane na kriogen (późny neoproterozoik; ok. 800-650 mln lat temu) zawierają ślady zlodowaceń obejmujących rejony tropikalne. Podobne ślady zdarzeń typu śnieżnej kuli pochodzą również z paleoproterozoiku (ponad 2 mld lat). Tego fragmentu dziejów Ziemi dotyczy też model opracowany przez amerykańskiego naukowca.

Część informacji odczytanych z zapisu kopalnego bywa nadal kwestionowana. Jednak w połączeniu z nowymi modelami, uzasadniającymi teoretyczną możliwość powstania pokrywy lodowej w pobliżu równika, dane te sporo zyskują. Niewykluczone, że udowodnienie istnienia globalnych zlodowaceń jest już tylko kwestią czasu.

Źródło: University of Colorado at Boulder. Early Earth may have been prone to deep freezes, study finds. ScienceDaily, 5 grudnia 2011.