Terra Bola de Neve

A Terra Bola de Neve hipótese postula que a Terra superfície 's tornou-se completamente ou quase completamente congelado pelo menos uma vez, algum tempo mais cedo do que 650 Ma (milhões de anos atrás). Os defensores da hipótese argumentam que melhor explica sedimentares geralmente considerados como depósitos de origem glacial na tropicais paleolatitudes , e outras características de outra forma enigmática no geológica registro. Os oponentes da hipótese de contestar as implicações da evidência geológica para glaciação global, o geofísica viabilidade de um gelo - ou cobertas de lama oceano, ea dificuldade de escapar uma condição de todo-congelado. Há uma série de perguntas sem resposta, incluindo se a Terra era uma bola de neve cheia, ou uma "slushball" com uma faixa equatorial fina de águas abertas (ou sazonalmente aberta).

Os prazos geológicos sob consideração vir antes da multiplicação súbita de formas de vida na Terra conhecida como a explosão cambriana , eo episódio mais recente bola de neve pode ter provocado a evolução da vida multicelular na Terra. Outra, muito mais cedo e mais, episódio bola de neve, o Glaciação huroniana, que ocorreu 2400-2100 Ma pode ter sido desencadeada pela catástrofe de oxigênio.

História

Douglas Mawson (1882-1958), um geólogo e explorador Antártico Australiano, passou grande parte de sua carreira estudando a Neoproterozóico estratigrafia da Austrália do Sul, onde ele identificou sedimentos grossos e extensas glacial e no final de sua carreira especulou sobre a possibilidade de glaciação global.

As idéias de Mawson de glaciação global, no entanto, foram baseados na suposição equivocada de que a posição geográfica da Austrália, e de outros continentes onde depósitos glaciais baixa latitude são encontrados, manteve-se constante ao longo do tempo. Com o avanço do Teoria da Deriva Continental, e, eventualmente, placa tectônica teoria, veio uma explicação mais fácil para foram depositados em um ponto no tempo quando os continentes estavam em latitudes mais altas as que sedimentos-glaciogênicos.

Em 1964, a idéia de glaciação em escala global quando ressurgiu W. Brian Harland publicou um artigo no qual ele apresentou paleomagnéticos dados que mostram que glacial tilitos em Svalbard e Gronelândia foram depositados em latitudes tropicais. A partir destes dados paleomagnéticos, e as provas sedimentological que os sedimentos glaciais interromper sucessões de rochas comumente associados com tropical a temperado latitudes, argumentou para uma idade do gelo que era tão extrema que resultou na deposição de rochas glaciais marinhos nos trópicos.

Na década de 1960, Mikhail Budyko, climatologista russo, desenvolveu um modelo simples clima de equilíbrio de energia para investigar o efeito da cobertura de gelo no mundial do clima . Utilizando este modelo, Budyko descobriu que se folhas de gelo avançada distante o suficiente para fora das regiões polares, seguiu-se um circuito fechado de realimentação, onde o aumento da reflexividade ( albedo ) do gelo levou a mais arrefecimento e a formação de mais gelo, até que toda a Terra foi coberta no gelo e estabilizada em um novo equilíbrio coberta de gelo. Enquanto o modelo de Budyko mostrou que essa estabilidade gelo-albedo poderia acontecer, ele concluiu que isso nunca tinha acontecido, porque o seu modelo não ofereceu nenhuma maneira de escapar de um tal cenário.

O termo "Snowball Earth" foi cunhado por Joseph Kirschvink, professor de geobiology no Califórnia Institute of Technology, num artigo publicado em 1992 curto dentro de um volume de extenso relativa à biologia do Eon Proterozóico. As principais contribuições deste trabalho foram: (1) o reconhecimento de que a presença de formações ferríferas é consistente com um episódio tão glacial e (2) a introdução de um mecanismo com o qual para escapar de uma coberta de gelo da Terra-o acúmulo de CO ₂ a partir de desgaseificação vulcânica levando a um efeito ultra-estufa.

A descoberta de Franklyn Van Houten de um padrão consistente geológica em que os níveis do lago subia e descia agora é conhecido como o "ciclo de Van Houten." Os seus estudos de depósitos e de fósforo formações ferríferas em sedimentos fez dele um adepto precoce da hipótese "Snowball Earth" postulando que a superfície do planeta congelou mais de 650 milhões de anos atrás.

O interesse na Terra bola de neve aumentou dramaticamente após Paul F. Hoffman, professor de geologia Universidade de Harvard e co-autores aplicou as idéias de Kirschvink a uma sucessão de sedimentos neoproterozóicas em Namíbia , elaborados com a hipótese mediante a incorporação dessas observações como a ocorrência de carbonatos de capa, e publicaram seus resultados na revista Science em 1998.

Atualmente, os aspectos da hipótese permanecem controversos e está sendo debatido sob a égide do Programa Internacional de Geociência (IGCP) Projeto 512: Neoproterozóico Ice Ages.

Em março de 2010, a revista Science publicou um artigo "Calibragem do Criogeniano ", que concluiu que" Ice foi, portanto, ligada à terra abaixo do nível do mar a muito baixas paleolatitudes, o que implica que a glaciação Sturtian foi global em extensão ". Um relato popular desta conclusão foi publicada no Science Daily.

Evidência

A hipótese Snowball Terra foi originalmente concebido para explicar a presença aparente de geleiras em latitudes tropicais. Modelagem sugeriu que, uma vez geleiras se espalhou para dentro de 30 ° do equador, um ice-albedo comentário sobre o que resultaria no gelo avançando rapidamente ao equador (de modelização mostra que o gelo pode de fato chegar tão perto quanto 25 ° ou mais perto do equador sem iniciar glaciação total). Portanto, a presença de depósitos glacial aparentemente dentro dos trópicos apareceu para apontar para a cobertura de gelo global.

Fundamental para uma avaliação da validade da teoria, portanto, é uma compreensão da confiabilidade e significância da evidência que levou à crença de que o gelo já atingiu os trópicos. Esta prova deve provar duas coisas:

1. que contém uma cama de estruturas sedimentares que poderiam ter sido criados apenas pela atividade glacial;
2. que a cama estava dentro dos trópicos, quando foi depositado.

Durante um período de glaciação global, ele também deve ser demonstrado que as geleiras eram activos em diferentes locais globais ao mesmo tempo, e de que não há outros depósitos da mesma idade são de existência.

Este último ponto é muito difícil de provar. Antes de Ediacaran, os marcadores bioestratigráficas geralmente utilizados para correlacionar rochas estão ausentes; portanto, não há maneira de provar que as rochas em diferentes lugares ao redor do mundo foram depositados ao mesmo tempo. O melhor que pode ser feito é para estimar a idade das rochas usando métodos radiométricos, que raramente são precisas para melhor do que um milhão de anos ou mais.

Os dois primeiros pontos são frequentemente a fonte de contenção numa base de caso-a-caso. Muitas características glacial também pode ser criada por meios não-glacial, e estimando-se a latitude de massas de terra, mesmo tão pouco quanto 200 milhões de anos atrás pode ser cheio de dificuldades.

Paleomagnetismo

A hipótese Snowball Terra foi posta em primeiro lugar, a fim de explicar o que foram, então, considerados depósitos glaciais perto do equador. Desde placas tectônicas se movem em tempo, a determinação da sua posição em um determinado ponto da história não é fácil. Além de considerações de como as massas de terra reconhecíveis poderia ter encaixam, a latitude a que uma rocha foi depositado pode ser restringida por paleomagnetismo.

Quando rochas sedimentares formam, minerais magnéticos dentro deles tendem a alinhar-se com o campo magnético da Terra. Através da medição precisa do presente paleomagnetismo, é possível estimar a latitude (mas não o longitude) em que a matriz de rocha foi depositado. Paleomagnéticos medições indicaram que alguns sedimentos de origem glacial na Disco de rock Neoproterozóico foram depositados dentro de 10 graus do equador, embora a precisão deste reconstrução está em questão. Esta localização paleomagnéticos de sedimentos aparentemente glacial (tal como dropstones) foi tomado para sugerir que as geleiras estendida ao nível do mar nas latitudes tropicais. Não está claro se isso pode ser tomado como implicando uma glaciação global, ou a existência de regimes, localizadas, glaciais, possivelmente, sem litoral. Outros sugeriram mesmo que a maioria dos dados não restringir quaisquer depósitos glaciais para dentro de 25 ° do equador.

Os céticos sugerem que os dados paleomagnéticos poderia ser corrompido se o campo magnético da Terra era substancialmente diferente do de hoje. Dependendo da velocidade de arrefecimento do núcleo de terra, é possível que durante o Proterozóica, a sua o campo magnético não se aproximar uma distribuição dipolar, com um pólo norte e sul aproximadamente alinhamento com o eixo do planeta como o fazem hoje. Em vez disso, um núcleo mais quente pode ter circulado mais vigorosamente e deu origem a 4, 8 ou mais pólos. Dados paleomagnéticos teria, então, a ser re-interpretada como partículas poderiam alinhar apontando para um 'West Pole "em vez de o Pólo Norte. Alternativamente, campo dipolar da Terra poderia ter orientado de tal forma que os pólos eram perto do equador. Essa hipótese foi posta para explicar o movimento extraordinariamente rápido dos pólos magnéticos implícitas pelo registro paleomagnéticos Ediacaran; o suposto movimento do pólo norte ocorreria em torno do mesmo tempo que a glaciação Gaskiers.

Outro ponto fraco de confiança nos dados paleomagnéticos é a dificuldade em determinar se o sinal magnético registrado é original, ou se ela foi redefinida pela atividade mais tarde. Por exemplo, uma montanha-construção orogeny descargas de água quente como um subproduto de reações metamórficas; esta água pode circular às rochas milhares de quilômetros de distância e redefinir a sua assinatura magnética. Isso faz com que a autenticidade de rochas com mais de alguns milhões de anos difíceis de determinar sem observações meticulosas mineralógicas. Além disso, mais uma evidência está acumulando que os eventos remagnetization grande escala tiveram lugar, que pode exigir a revisão da posição dos pólos paleomagnéticos.

Não há atualmente apenas um depósito, o depósito Elatina da Austrália, que foi depositado na indubitavelmente baixas latitudes; a sua data de deposição é bem confinado, e o sinal é demonstravelmente originais.

Depósitos glaciais baixa latitude

Diamictito do Formação Pocatello Neoproterozóico, um 'Snowball Earth' tipo de depósito

Elatina Fm diamictite abaixo Ediacaran GSSP no local Flinders Ranges NP, South Australia. A $ 1 moeda de escala.

As rochas sedimentares que são depositados por geleiras têm características distintivas que permitem a sua identificação. Muito antes do advento da Terra Bola de Neve Hipótese muitos Sedimentos Neoproterozóico tinha sido interpretada como tendo uma origem glacial, incluindo alguns aparentemente em latitudes tropicais no momento da sua deposição. No entanto, vale lembrar que muitas características sedimentares tradicionalmente associados com geleiras também pode ser formada por outros meios. Assim, a origem glacial de muitas das ocorrências fundamentais para Terra bola de neve tem sido contestada. A partir de 2007, havia apenas um "muito confiável" - ainda desafiou - ponto de referência identificando tropical tilitos, o que torna as declarações de cobertura de gelo equatorial um pouco presunçoso. No entanto evidência de glaciação do nível do mar nos trópicos durante o Sturtian está acumulando. A evidência de possível origem glacial de sedimentos inclui:

• Dropstones (pedras caiu em sedimentos marinhos), que podem ser depositados por geleiras ou outros fenômenos.
• Varves (camadas de sedimentos anuais em lagos periglaciais), que pode formar-se a temperaturas mais elevadas.
• Estrias glacial (formadas por rochas incorporados raspado contra a rocha): estrias são semelhantes ao longo do tempo formado por mudflows ou movimentos tectônicos.
• Diamictitos (conglomerados mal selecionados). Descrita originalmente como glacial até, a maioria era de fato formado por fluxos de detritos.

Depósitos de águas abertas

Afigura-se que alguns depósitos formados durante o período de Snowball só poderia ter sido formado na presença de um ciclo de hidrologia activo. Bandas de depósitos glaciais até 5.500 metros de espessura, separadas por pequenos (em metros) de bandas de sedimentos não-glaciais, demonstrar que as geleiras estavam derretendo e re-formar repetidamente para dezenas de milhões de anos; oceanos sólidos não permitiria que esta escala de deposição. É considerado possível que correntes de gelo, como visto na Antártida hoje poderia ser responsável por essas seqüências. Além disso, características sedimentares que só poderia formar em águas abertas, por exemplo ondulações formadas de onda,-viajou longe detritos e indicadores de atividade fotossintética rafted-gelo, podem ser encontrados em todo sedimentos datam dos períodos Terra bola de neve. Embora estas possam ser 'oásis' de meltwater em uma Terra completamente congelado, modelagem de computador sugere que grandes áreas do oceano deve ter permanecido livre de gelo argumentando que uma bola de neve "dura" não é plausível em termos de balanço energético e modelos de circulação geral.

Rácios de isótopos de carbono

Há duas estáveis isótopos de carbono em água do mar : -12 carbono ⁽¹² C) ea rara carbono-13 ⁽¹³ C), o que representa cerca de 1,109 por cento de átomos de carbono.

Processos bioquímicos, sendo que a fotossíntese é um, tendem a incorporar preferencialmente o isqueiro ¹² C isótopo. Assim fotossintetizadoras oceano-moradia, tanto protistas e algas , tendem a ser muito ligeiramente esgotados em ¹³ C, em relação à abundância encontrada nas primárias vulcânicas fontes de carbono da Terra. Portanto, um oceano com vida fotossintética terá uma inferior ¹³ C / ¹² C proporção dentro restos orgânicos, e uma proporção menor em água do oceano correspondente. O componente orgânico dos sedimentos litificadas permanecerá para sempre muito ligeiramente, mas mensurável, empobrecido em ¹³ C.

Durante o episódio proposto de terra de Snowball, existem excursões negativos rápidas e extremas na proporção de ¹³ C a ¹² C. Isto é consistente com um congelador que matou vida mais ou quase todos fotossintética - embora outros mecanismos, tais como a libertação clatrato, também pode causar tais perturbações. Fechar análise do calendário de ¹³ C 'picos' em depósitos de todo o mundo permite o reconhecimento de quatro, possivelmente cinco, eventos glaciais no final do Neoproterozóico.

Formações ferríferas

2,1 bilhões anos velho rock com preto-band ironstone

Formações ferríferas (BIF) são rochas sedimentares em camadas óxido de ferro e pobre em ferro chert. Na presença de oxigênio, ferro naturalmente oxida e se torna insolúvel em água. As formações ferríferas são comumente muito antiga e sua deposição é muitas vezes relacionada com a oxidação da atmosfera da Terra durante a Era Paleoproterozóica, ferro quando dissolvido no oceano entrou em contato com fotossíntese produzido oxigênio e precipitado como óxido de ferro.

As bandas foram produzidos no ponto de inflexão entre um anóxica e um oceano oxigenado. Uma vez que a atmosfera de hoje é oxigénio rica (cerca de 21 por cento em volume) e em contacto com os oceanos, que não seja possível a acumulação de óxido de ferro em quantidade suficiente para depositar uma formação em faixas. As únicas formações de ferro extensas que foram depositados após o Paleoproterozóico (depois de 1800 milhões anos atrás) estão associadas a Depósitos glaciais Criogeniano.

Para tais rochas ricos em ferro para ser depositado ali teria de ser anoxia no oceano, ferro, de modo que muito dissolvido (conforme ferrosos óxido) poderia acumular antes que encontrou um oxidante que iria precipitar-lo como óxido férrico. Para o oceano para se tornar anóxica ele deve ter limitado a troca gasosa com a atmosfera oxigenada. Os defensores da hipótese argumentam que o reaparecimento de BIF no registro sedimentar é um resultado de níveis limitados de oxigênio em um oceano selados pelo gelo do mar, enquanto os adversários sugerem que a raridade dos depósitos BIF pode indicar que eles formaram em mares interiores.

Sendo isolado dos oceanos, tais lagos pode ter sido estagnado e anóxica em profundidade, bem como de hoje do Mar Negro ; uma entrada suficiente de ferro poderia fornecer as condições necessárias para a formação BIF. Uma outra dificuldade em sugerir que BIFs marcou o fim da glaciação é que eles se acham entremeadas com sedimentos glaciais. BIFs também são notavelmente ausentes durante a glaciação Marinoan.

Cap rochas carbonáticas

A presente dia geleira

Vulcões podem ter tido um papel na reposição de CO _2, possivelmente terminando a era do gelo global que foi a Terra bola de neve durante o Período Criogeniano.

Ao redor do topo Depósitos glaciais Neoproterozóico há geralmente uma transição brusca em uma sedimentar quimicamente precipitado ou calcário dolostone metros a dezenas de metros de espessura. Estes carbonatos de capa às vezes ocorrem em sucessões sedimentares que não têm outras rochas carbonáticas, sugerindo que sua deposição é resultado de uma aberração profunda na química do oceano.

Estes carbonatos de capa têm composição química incomum, bem como estruturas sedimentares estranhas que muitas vezes são interpretados como grandes ondulações. A formação de tais rochas sedimentares poderia ser causado por um grande fluxo de carga positiva iões , como seria produzida por desgaste rápido com efeito de estufa durante o extremo após um evento Snowball Terra. O δ ¹³ C assinatura isotópica dos carbonatos de capa está perto -5 ‰, consistente com o valor do manto - um valor tão baixo é geralmente / poderiam ser tomadas para significar uma ausência de vida, uma vez que a fotossíntese normalmente age para aumentar o valor; alternativamente, a libertação de depósitos de metano poderia ter reduzido a partir de um valor mais elevado, e contrabalançar os efeitos da fotossíntese.

O mecanismo preciso envolvido na formação de carbonatos de capa não é clara, mas a explicação mais citadas sugere que a fusão de uma bola de neve terra, a água dissolve-se o CO ₂ a partir do abundante atmosfera para formar ácido carbônico, que cairia como chuva ácida . Isso Tempo exposta silicato e carbonato de rocha (incluindo os restos glacial prontamente atacado), liberando grandes quantidades de cálcio , que quando levadas para o oceano seria formar camadas distintamente texturizadas de carbonato de rocha sedimentar. Tal abiótico " tampão carbonato de "sedimentos podem ser encontradas no topo do glacial até que deu origem à hipótese Snowball Terra.

No entanto, existem alguns problemas com a designação de uma origem glacial para coroar carbonatos. Em primeiro lugar, a concentração de dióxido de carbono elevado na atmosfera faria com que os oceanos se tornar ácida, e dissolver quaisquer carbonatos contidos - absolutamente contraditórias com a deposição de carbonatos de capa. Além disso, a espessura de alguns carbonatos de capa é muito acima do que poderia ser razoavelmente produzida nos deglaciations relativamente rápidos. A causa é ainda mais enfraquecida pela falta de carbonatos de capa acima de muitas sequências de origem glacial claro em um momento semelhante ea ocorrência de carbonatos semelhantes dentro das sequências de origem glacial proposto. Um mecanismo alternativo, que pode ter produzido o Doushantuo tampão carbonato de, pelo menos, é a liberação rápida e generalizada de metano. Isso explica incrivelmente baixos - tão baixo quanto -48 ‰ - valores δ ¹³ C -, bem como características sedimentares incomuns que parecem ter sido formado pelo fluxo de gás através dos sedimentos.

Alterar acidez

Isótopos de o elemento boro sugerem que o pH dos oceanos caiu dramaticamente antes e após o Glaciação Marinoan. Isto pode indicar uma acumulação de dióxido de carbono na atmosfera, alguns dos quais se dissolveria nos oceanos para formar ácido carbônico. Embora as variações de boro pode ser evidência de mudança climática extrema, que não implica necessariamente uma glaciação global.

Poeira espacial

A superfície da Terra é muito empobrecido no elemento irídio , que reside principalmente na Núcleo da Terra. A única fonte importante do elemento para a superfície está partículas cósmicas que atingem a Terra. Durante uma Terra bola de neve, irídio teria se acumular nos lençóis de gelo, e quando o gelo derreteu a camada de sedimentos resultante seria rica em irídio. Um irídio anomalia foi descoberto na base das formações de tampão de carbonato, e tem sido utilizada para sugerir que o episódio glacial duração de pelo menos 3 milhões de anos, mas isso não implica necessariamente uma medida global para a glaciação; de facto, uma anomalia semelhante poderia ser explicado pelo impacto de um grande meteorito.

Flutuações climáticas cíclicas

Utilizando a proporção de móveis catiões para aqueles que permanecem no solo durante resistência química (o índice de alteração química), demonstrou-se que intemperismo químico variado de uma maneira cíclica dentro de uma sucessão glacial, aumentando durante períodos interglaciais e decrescente durante períodos glacial frio e áridas. Este padrão, se um verdadeiro reflexo dos acontecimentos, sugere que os "bola de neve" Terras tinha uma semelhança forte para Pleistoceno idade do gelo ciclos do que para uma Terra completamente congelado.

Além do mais, os sedimentos glaciais do Portaskaig formação na Escócia mostram claramente ciclos intercalados de sedimentos marinhos glaciais e rasas. O significado destes depósitos é altamente dependente em cima de seu namoro. Sedimentos glaciais são difíceis até à data, e o mais próximo cama datada para o grupo Portaskaig fica a 8 km estratigraficamente acima das camas de interesse. Seu namoro a 600 Ma, as camas podem ser tentativamente correlacionado com a glaciação Sturtian, mas eles podem representar o avanço ou recuo de um Snowball Terra.

Mecanismos

O início de um evento Snowball Terra seria envolver algum mecanismo de resfriamento inicial, o que resultaria em um aumento na cobertura de neve e gelo da Terra. O aumento da cobertura de neve e gelo, por sua vez aumentar a Terra da Terra albedo , o que resultaria em feedback positivo para o resfriamento. Se a neve eo gelo suficiente se acumula, refrigeração fugitivo seria o resultado. Esse feedback positivo é facilitada por uma distribuição continental equatorial, o que permitiria a acumular gelo nas regiões mais próximas do equador, onde a radiação solar é mais direta.

Muitos mecanismos desencadeantes possíveis poderia explicar o início de uma Terra bola de neve, como a erupção de um supervolcano, uma redução na concentração atmosférica de gases com efeito de estufa , tais como metano e / ou dióxido de carbono , as alterações na produção de energia solar , ou perturbações do Órbita da Terra. Independentemente de o gatilho, resultados arrefecimento inicial em um aumento na área de superfície da Terra coberta por gelo e na neve, e no gelo adicional e neve reflete mais energia solar de volta ao espaço, posterior arrefecimento a terra e aumentar ainda mais a área da Terra superfície coberta por gelo e neve. Este ciclo de feedback positivo poderia eventualmente produzir um congelado equador frio como moderno-dia Antarctica .

O aquecimento global está relacionado com grandes acumulações de dióxido de carbono na atmosfera ao longo de milhões de anos, emitidos principalmente pela atividade vulcânica, é o gatilho proposta para a fusão de uma terra do Snowball. Devido ao feedback positivo para a fusão, a eventual derretimento da neve e gelo que cobre a maior parte da superfície da Terra exigiria tão poucos como 1.000 anos.

Distribuição Continental

A distribuição tropical dos continentes é, talvez, contra-intuitivamente, necessária para permitir o início de um Snowball Terra. Em primeiro lugar, continentes tropicais são mais reflexivo do que em mar aberto, e assim absorvem menos de calor do sol: a maior absorção de energia solar na Terra hoje ocorre nos oceanos tropicais.

Além disso, continentes tropicais estão sujeitas a mais chuva, o que leva ao aumento da vazão do rio - e erosão. Quando exposto ao ar, rochas de silicato, objecto de reações de intemperismo que removem dióxido de carbono da atmosfera. Estas reacções prosseguir, sob a forma geral: Rocha-formando mineral + _CO2 + _H2O → catiões + + bicarbonato de _SiO2. Um exemplo de uma reação tal é o intemperismo de wollastonite:

_CaSiO3 + 2CO ₂ + _H2O → Ca ²⁺ + + SiO ₂ 2HCO ₃ ^-

Os liberados cálcio cátions reagir com o dissolvido bicarbonato no oceano para formar carbonato de cálcio como um quimicamente precipitado rocha sedimentar . Isso transfere o dióxido de carbono , um gás com efeito de estufa, a partir do ar para dentro do geosfera, e, em estado estacionário em escalas de tempo geológicas, compensa o dióxido de carbono emitido a partir de vulcões para a atmosfera.

A escassez de sedimentos adequados para a análise torna a distribuição continental preciso durante o Neoproterozóico difícil de estabelecer. Alguns apontam para reconstruções continentes polares - que têm sido uma característica de todos os outros grandes glaciações, proporcionando um ponto sobre o qual o gelo pode nucleate. Alterações nos padrões de circulação dos oceanos pode então ter fornecido o gatilho da Terra bola de neve.

Os factores adicionais que podem ter contribuído para o início da neoproterozóico Snowball incluem a introdução de oxigénio livre atmosférico, o que pode ter alcançado quantidades suficientes para reagir com metano na atmosfera, oxidando-a dióxido de carbono, um gás de estufa muito mais fraco, e um mais jovem - portanto, mais fraco - sol, o que teria emitido 6 por cento menos radiação no Neoproterozóico.

Normalmente, quando a Terra fica mais frio devido a flutuações climáticas naturais e mudanças na radiação solar incidente, o resfriamento retarda essas reações de intemperismo. Como resultado, menos de dióxido de carbono é removido da atmosfera da Terra e aquece este gás com efeito de estufa como acumula - esta ' processo negativo de feedback 'limita a magnitude de resfriamento. Durante o Criogeniano período, no entanto, continentes da Terra estavam todos em tropicais latitudes, o que tornou este processo de moderação menos eficaz, como altas taxas de intemperismo continua na terra mesmo quando a Terra esfriou. Este deixar antecedência gelo para além das regiões polares. Uma vez que o gelo avançada para dentro de 30 ° do equador, um feedback positivo poderia resultar de tal modo que o aumento da reflectividade ( albedo ) do gelo levou a mais arrefecimento e a formação de mais gelo, até que toda a Terra é coberta de gelo.

Continentes polares, devido às baixas taxas de evaporação, são muito secos para permitir a deposição de carbono substancial - restringindo a quantidade de dióxido de carbono atmosférico, que pode ser removido a partir da Ciclo do carbono. Um aumento gradual da proporção do isótopo carbono-13 em relação ao carbono-12 em sedimentos pré-dating glaciação "global" indica que o CO ₂ draw-down antes Snowball Terras foi um processo lento e contínuo.

O início do Snowball Terras são sempre marcados por uma quebra acentuada no δ ¹³ C valor de sedimentos, uma característica que pode ser atribuída a um acidente na produtividade biológica, como resultado das baixas temperaturas e oceanos cobertos de gelo.

Durante o período congelado

Mantos de gelo globais podem ter atrasado ou impedido o estabelecimento da vida multicelular.

Temperatura global caiu tão baixo que o Equador estava fria como moderno-dia Antarctica . Esta baixa temperatura foi mantida pelo gelo reflexivo, seu alto albedo resultando em mais energia solar que chega a ser refletida para o espaço. A falta de nuvens de retenção de calor, causada por vapor de água gelada para fora da atmosfera, amplificado este efeito.

Romper com glaciação mundial

Os dióxido de carbono níveis necessários para descongelar a Terra foram estimados como sendo 350 vezes o que são hoje, cerca de 13% da atmosfera. Desde que a Terra foi quase completamente coberto com gelo, de dióxido de carbono não pode ser retirado a partir da atmosfera através da libertação de iões de metais alcalinos que resistem de rochas siliciosas. Durante 4 a 30 milhões ano, o suficiente CO ₂ e metano , emitido principalmente por vulcões , se acumularia para finalmente causar efeito estufa o suficiente para fazer o gelo derreter superfície nos trópicos até uma faixa de terra permanentemente livre de gelo e água desenvolvido; isso seria mais escura do que o gelo e, portanto, absorvem mais energia do sol - o início de um " feedback positivo ".

Sobre os continentes, o derretimento das geleiras liberaria enormes quantidades de depósito glacial, que corroem e clima. Os sedimentos resultantes fornecidos para o oceano seria alto em nutrientes como o fósforo , o que combinado com a abundância de CO ₂ seria desencadear uma cianobactérias explosão populacional, o que causaria uma relativamente rápida reoxigenação da atmosfera, o que pode ter contribuído para o aumento da Ediacaran biota ea subsequente explosão cambriana - uma maior concentração de oxigénio permitindo grandes formas de vida multicelulares para se desenvolver. Este retroalimentação positiva iria derreter o gelo em pouco tempo geológico, talvez menos de 1.000 anos; reposição de oxigênio atmosférico e esgotamento dos níveis de CO ₂ levaria mais milênios.

A desestabilização de depósitos substanciais de hidratos de metano preso em baixa latitude permafrost também pode ter agido como um gatilho e / ou forte feedback positivo para degelo e aquecimento.

É possível que os níveis de dióxido de carbono caíram o suficiente para a Terra de congelar novamente; este ciclo pode ter repetido até que o continentes tinham se afastado para mais latitudes polares.

Evidências mais recentes sugerem que, com temperaturas mais frias oceânicas, a resultante maior capacidade dos oceanos para dissolver gases conduzido para o teor de carbono da água do mar a ser mais rapidamente oxidado a dióxido de carbono. Isto conduz diretamente a um aumento de dióxido de carbono atmosférico, reforçada efeito estufa da superfície da Terra, e para a prevenção de um estado snowball total.

Slushball Terra Hipótese

Enquanto a presença de geleiras não é contestado, a idéia de que o planeta inteiro estava coberto de gelo é mais controverso, o que levou alguns cientistas a postular um "slushball Terra", no qual uma banda de, ou gelo fino livres de gelo, águas restos em torno do equador , permitindo uma continuação do ciclo hidrológico .

Esta hipótese apela para os cientistas que observam certas características do registro sedimentar que só pode ser formado sob a água aberta, ou rapidamente gelo (o que exigiria um lugar para passar para livre de gelo) em movimento. Uma pesquisa recente observada ciclicidade em geoquímica rochas clásticas, mostrando que os períodos de "bola de neve" foram pontuados por períodos quentes, semelhante à idade do gelo ciclos da história recente da Terra. Tentativas de construir modelos de computador de uma Terra bola de neve também têm se esforçado para acomodar a cobertura de gelo global sem mudanças fundamentais nas leis e constantes que governam o planeta.

Uma hipótese snowball terra menos extrema envolve em constante evolução configurações continentais e mudanças na circulação oceânica. Sintetizada evidência produziu modelos que indicam uma "Terra slushball", onde o registro estratigráfico não permite postular glaciações globais completos. A hipótese original de Kirschivink havia reconhecido que seria esperado poças tropicais quentes de existir em uma Terra bola de neve.

A hipótese Snowball Terra não explica a alternância de eventos glaciais e interglaciais, nem a oscilação das margens da folha glaciais; portanto, o modelo de Terra slushball parece ser um ajuste melhor do que o modelo Snowball Terra.

Disputa científica

O argumento contra a hipótese é evidência de flutuação na cobertura de gelo e derretimento durante depósitos "Terra bola de neve". A evidência para tal fusão vem de evidências de dropstones glaciais, evidência geoquímica da ciclicidade climática e sedimentos marinhos rasos glaciais e intercalados. Uma longa ficha de Omã, constrangidos a 13 ° N, abrange o período de 712-545 milhões de anos atrás - um intervalo de tempo que contém a Glaciações Sturtiana e Marinoanos - e shows tanto glacial e livre de gelo deposição.

Tem havido dificuldades na recriação de um Snowball Terra com modelos climáticos globais . GCMs simples, com oceanos misto de camada podem ser feitas para congelar até ao equador; um modelo mais sofisticado, com um oceano dinâmico completo (embora apenas um modelo de gelo marinho primitivo) não conseguiu formar gelo do mar ao equador. Além disso, os níveis de CO ₂ necessário para derreter uma camada de gelo global têm sido calculada como sendo de 130.000 ppm, o que é considerado por alguns como sendo excessivamente grande.

Estrôncio dados isotópicos foram encontrados para estar em desacordo com modelos Snowball Terra propostas de desligamento intemperismo silicato durante glaciação e rápidas taxas de imediato pós-glaciação. Portanto, a liberação de metano a partir de permafrost durante transgressão marinha foi proposto para ser a fonte do grande excursão de carbono medido no tempo imediatamente após a glaciação.

Hipótese "rift Zipper"

Nick Eyles sugerem que o Neoproterozóico Terra bola de neve era, na verdade não é diferente de qualquer outra glaciação na história da Terra, e que os esforços para encontrar uma única causa são susceptíveis de terminar em fracasso. A hipótese de "ruptura Zipper" propõe dois pulsos de continental "unzipping" - primeiro, o rompimento do supercontinente Rodínia, que formam o oceano proto-Pacífico; em seguida, a divisão do continente Báltica de Laurentia, formando o proto-Atlantic - coincidiu com os períodos glaciais. O levantamento tectónico associada formariam planaltos, assim como o Rift Leste Africano é responsável pela alta topografia; este terreno elevado poderia então hospedar geleiras.

Formações ferríferas foram tomadas como evidência incontornável para a cobertura de gelo global, uma vez que exigem dissolvido íons de ferro e águas anóxicas para formar; no entanto, a extensão limitada do Neoproterozóico faixas depósitos de ferro significa que eles não podem ter se formado nos oceanos congelados, mas em vez disso em mares interiores. Tais mares podem experimentar uma larga variedade de produtos químicos; altas taxas de evaporação conseguia se concentrar íons de ferro, e uma falta de circulação periódica poderia permitir que água de fundo anóxica a se formar.

Rifting continental, com subsidência associado, tende a produzir tais corpos d'água interiores. Este rifting, e subsidência associado, produziria o espaço para a deposição de sedimentos rápido, negando a necessidade de um imenso e rápido derretimento de elevar os níveis globais do mar.

Hipótese de alta obliquidade

A teoria concorrente para explicar a presença de gelo sobre os continentes equatorial foi que o da Terra inclinação axial foi bastante elevada, na vizinhança de 60 °, o que colocaria terrestre do planeta em altas latitudes "", apesar de provas é escassa. Uma possibilidade seria menos extremo que era apenas da Terra pólo magnético que vagou para esta inclinação, como as leituras magnéticas que sugeriam continentes cheios de gelo depende dos pólos magnéticos e rotacionais sendo relativamente similar. Em qualquer uma destas duas situações, a congelação seria limitada a áreas relativamente pequenas, como é o caso actualmente; mudanças severas no clima da Terra não são necessárias.

Intercâmbio inercial verdadeira deriva polar

A evidência para baixo latitude depósitos glaciais durante os supostos episódios da terra do Snowball foi reinterpretado através do conceito de intercâmbio inercial verdadeira deriva polar (IITPW). Esta teoria, criado para explicar dados paleomagnéticos, sugere que o eixo de rotação da Terra deslocou uma ou mais vezes durante o prazo geral atribuída a Terra bola de neve. Este seria exequível produzir a mesma distribuição de depósitos glacial, sem necessidade de qualquer deles ter sido depositado na latitude equatorial. Enquanto a física por trás da proposição é o som, a remoção de um ponto de dados falhos do estudo original rendeu a aplicação do conceito nestas circunstâncias injustificadas.

Têm sido propostas várias explicações alternativas para as provas.

Sobrevivência da vida através de períodos congelados

A fumador preto, um tipo de fonte hidrotermal

Uma tremenda glaciação reduziria a vida vegetal na Terra, deixando, assim, o oxigênio atmosférico ser drasticamente esgotados e talvez até desaparecer, e, assim, permitir que não oxidados rochas ricas em ferro para formar.

Detratores argumentam que este tipo de glaciação teria tornado a vida extinto totalmente. No entanto, microfósseis como estromatólitos e oncólitos provar que em ambientes marinhos rasos, pelo menos, a vida não sofreu qualquer perturbação. Em vez disso, a vida se desenvolveu uma complexidade trófica e sobreviveu ao período de frio ileso. Os defensores respondem que ele pode ter sido possível para a vida para sobreviver das seguintes maneiras:

• Em reservatórios de anaeróbia e vida de baixo oxigênio alimentados por produtos químicos em profundas oceânicas fontes hidrotermais sobreviventes nos oceanos e profundas da Terra crosta ; mas a fotossíntese não teria sido possível lá.
• Como ovos e células dormentes e esporos ultracongelado em gelo direita através das fases mais graves do período congelado.
• Sob a camada de gelo, em (mineral que metabolizam) Quimiolitotróficas ecossistemas que assemelha-se teoricamente aqueles existentes na geleira camas modernas, de alta alpino e Arctic permafrost tálus, e gelo glacial basal. Isto é especialmente plausível em áreas de vulcanismo ou atividade geotérmica.
• Em regiões oceânicas profundas longe do supercontinente Rodínia ou seus remanescentes, uma vez que se quebraram e vagavam sobre as placas tectônicas , o que pode ter permitido para algumas pequenas regiões de águas abertas preservando pequenas quantidades de vida com acesso a luz e CO ₂ para fotossintetizadoras (não multicelular plantas, que ainda não existiam) para gerar traços de oxigênio que foram o suficiente para sustentar alguns organismos dependentes de oxigênio. Isso aconteceria mesmo se o mar congelou completamente, se pequenas partes do gelo foram fina o suficiente para admitir luz.
• Em nunatak áreas nostrópicos, onde o sol tropical durante o dia ou calor vulcânico aquecida rocha nua protegido do vento frio e feitas pequenas piscinas de fusão temporária, o que congelam ao pôr do sol.
• Em bolsões de água líquida no interior e nas calotas polares, semelhante ao Lago Vostok na Antártica. Em teoria, este sistema pode assemelhar-se comunidades microbianas que vivem nos lagos congelados perenemente dos vales secos da Antártida. Fotossíntese pode ocorrer sob o gelo até 100 m de espessura, e as temperaturas previstas por modelos equatorial sublimação impediria a espessura do gelo equatorial de superior a 10 m.
• Em pequenos oásis de água líquida, como seria encontrado perto de geotérmica hotspots que se assemelham aIslândiahoje.

No entanto, organismos e ecossistemas, na medida em que pode ser determinada pelo registo fóssil, não parecem ter sido submetido a alteração significativa que seria de esperar por um extinção em massa. Com o advento da datação mais precisa, um evento de extinção fitoplâncton que tinha sido associada com Terra bola de neve foi mostrado para preceder glaciações por 16 milhões de anos. Mesmo se a vida fosse se agarrar em todos os refúgios ecológicos listados acima, uma glaciação todo-Terra resultaria em uma biota com uma diversidade e composição visivelmente diferente. Esta mudança na diversidade e composição ainda não foi observed- de fato, os organismos que devem ser mais suscetível à variação climática sair ileso da Terra bola de neve.

Implicações

A Terra bola de neve tem implicações profundas na história da vida na Terra. Enquanto muitos refúgios foram postulados, a cobertura de gelo mundial certamente teria devastado ecossistemas dependentes da luz solar. Evidência geoquímica de rochas associadas com depósitos glaciais baixa latitude foram interpretados para mostrar uma falha na vida oceânica durante os glaciais.

O derretimento do gelo pode ter apresentado muitas novas oportunidades para a diversificação, e de fato pode ter dirigido a evolução rápida que teve lugar no final do Criogeniano período.

Efeito sobre a evolução inicial

Dickinsonia costata, umorganismo Ediacaran de afinidade desconhecida, com uma aparência acolchoada.

O Neoproterozóico foi uma época de notável diversificação dos organismos multicelulares, incluindo animais. Organismo tamanho e complexidade aumentada consideravelmente após o fim dos Snowball glaciação. Este desenvolvimento de organismos multicelulares pode ter sido o resultado do aumento das pressões evolucionárias resultantes de vários ciclos icehouse-estufa; neste sentido, episódios Snowball Terra pode ter "bombeado" evolução. Alternativamente, flutuação dos níveis de nutrientes e aumento de oxigênio pode ter desempenhado um papel. Curiosamente, outro grande episódio glacial pode ter terminado apenas alguns milhões de anos antes da explosão cambriana .

Mecanisticamente, o impacto de terra de Snowball (em particular a glaciação posteriores) na vida complexo é provável que tenha ocorrido durante o processo de seleção de parentesco. diferenciação de órgãos-escala, nomeadamente o terminal (irreversível) diferenciação presente em animais, requer a célula individual (eo genes contidos no seu interior) para "sacrifício" sua capacidade de reproduzir, de modo que a colónia não é interrompido. Do ponto de vista de curto prazo do gene, mais descendentes será obtida, fazendo com que a célula na qual está contida a ignorar quaisquer sinais recebidos a partir da colónia, e para reproduzir à taxa máxima, independentemente das implicações para o grupo mais amplo. Hoje em dia, este incentivo explica a formação de tumores em animais e plantas.

Tal diferenciação caro, "altruísta" pode ser adaptável (maximizar o número de sobreviventes descendentes) de genes individuais, caso a consequência de altruísmo (diferenciação celular terminal) beneficia outras cópias desses genes. (Note que o "altruísmo" refere-se apenas ao custo de reprodução do traço, e não implica senciência ou previsão.) Porque genes parentes partes, os genes que causam o altruísmo (tais como diferenciação escala órgão) pode se espalhar se ocorre entre parentes, ver seleção de parentesco.

Tem sido argumentado que, devido Terra bola de neve sem dúvida teria dizimado o tamanho da população de qualquer espécie, as populações extremamente pequenas que resultaram todos teriam sido descendentes de um pequeno número de indivíduos (ver efeito fundador), e, consequentemente, o parentesco médio entre qualquer dois indivíduos (neste caso as células individuais) teria sido excepcionalmente alta, como resultado de glaciação. Altruismo é conhecido por aumentar a partir raridade quando parentesco (R) excede a razão entre o custo (C) para o altruist (neste caso, a célula dando-se a sua própria reprodução através da diferenciação), para o benefício (B) para o destinatário da altruísmo (a linha germinal da colônia, que se reproduz como resultado da diferenciação), ou seja, R> C / B (veja a regra de Hamilton). A pressão evolutiva da alta parentesco no contexto de um crescimento da população pós-glaciação pode ter sido suficiente para superar o custo de reprodução de formar um complexo de animais, pela primeira vez na história da Terra.

Há também uma hipótese rival que vem ganhando moeda nos últimos anos: não que os primeiros Snowball Terras fez tanto afetam a evolução da vida na Terra como resultado dele. Na verdade, as duas hipóteses não são mutuamente exclusivas. A idéia é que as formas de vida da Terra afetam o ciclo global do carbono e assim por grandes eventos evolutivos alterar o ciclo do carbono, redistribuindo carbono dentro de vários reservatórios dentro do sistema biosfera e no processo de redução temporária da atmosfera (efeito estufa) reservatório de carbono até que o sistema biosfera revisto resolvido para um novo estado. O episódio Snowball I (da glaciação huroniana 2,4-2100000000 anos) e Snowball II (de do pré-cambriano Criogeniano entre 580-850 MYA e que se teve um número de episódios distintos) são, respectivamente, pensado para ser causado pela evolução da fotossíntese aeróbica e, em seguida, o surgimento de mais avançado vida animal multicelular e colonização da terra da vida.

Ocorrência e distribuição de Snowball Terras

Neoproterozóico

Há três ou quatro eras glaciais significativas durante o final do Neoproterozóico. Destes, o Marinoan foi o mais significativo, e a glaciação Sturtiana também foram realmente difundidos. Até mesmo o principal proponente Snowball Hoffman concorda que o ~ milhões de anos Gaskiers longas glaciação não levou a glaciação global, embora provavelmente era tão intensa como a glaciação Ordoviciano tarde. O status da "glaciação" Kaigas ou "evento de arrefecimento" está claro; alguns trabalhadores não reconhecê-lo como um glacial, outros suspeitam que ele pode refletir estratos mal datada de associação Sturtian, e outros acreditam que ele pode ser de fato uma terceira idade do gelo. Foi certamente menos significativo do que os Sturtiana ou glaciações Marinoanos, e provavelmente não global em extensão. Novas evidências sugerem que a Terra sofreu uma série de glaciações durante o Neoproterozóico, que estaria fortemente em desacordo com a hipótese de Snowball.

Paleoproterozóica

A hipótese Snowball Terra tem sido invocada para explicar depósitos glaciais no Huronian Supergrupo do Canadá, embora a evidência sugere que paleomagnéticos camadas de gelo em baixas latitudes é contestada. Os sedimentos glaciais da formação Makganyene da África do Sul são um pouco mais jovem do que os depósitos glaciais Huronian (~ 2.250 milhões anos de idade) e foram depositados em latitudes tropicais. Foi proposto que o aumento de oxigênio livre que ocorreu durante o metano removido Grande Oxigenação Evento na atmosfera através da oxidação. À medida que a Sun foi notavelmente mais fraca na época, o clima da Terra pode ter contado com o metano, um poderoso gás de efeito estufa, para manter as temperaturas de superfície acima de zero.

Na ausência desta estufa metano, temperaturas e mergulhou uma bola de neve evento poderia ter ocorrido.

Karoo Ice Age

Antes de a teoria da deriva continental, os depósitos glaciais em Carbonífero estratos em áreas continentes tropicais como a Índia ea América do Sul levou à especulação de que a glaciação Karoo Ice Age alcançado nos trópicos. Contudo, uma reconstrução continental mostra que o gelo foi, de facto confinado às peças polares do supercontinente Gondwana .