Κατά τη διάρκεια της παγετωνικής περιόδου Sturtian της Νεοπροτεροζωικής Εποχής, η Γη βίωσε εκτεταμένες περιόδους παγκόσμιας παγοκάλυψης, γνωστές ως σενάρια «Snowball Earth» και «Slushball Earth».
Στην πρώτη περίπτωση, ο πλανήτης θεωρείται ότι ήταν πλήρως καλυμμένος από πάγο για περίπου 56 εκατομμύρια χρόνια, ενώ στη δεύτερη υπήρχαν περιοχές με λεπτό ή αποσπασματικό πάγο και ακόμη και ανοιχτά νερά στους τροπικούς. Ωστόσο, τα υπάρχοντα γεωλογικά και βιολογικά δεδομένα παρουσιάζουν ασυμφωνίες με αυτά τα μοντέλα.
Μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Proceedings of the National Academy of Sciences προτείνει ένα διαφορετικό μοντέλο, το οποίο επιχειρεί να εξηγήσει αυτές τις αντιφάσεις. Οι ερευνητές υποστηρίζουν ότι, αντί για μια συνεχή περίοδο παγετώνων, η Γη πέρασε από επαναλαμβανόμενους κύκλους ψυχρών και θερμών φάσεων κατά τη διάρκεια της περιόδου Sturtian.
Ασυμφωνίες στα μοντέλα «Snowball» και «Slushball»
Οι έντονες διακυμάνσεις της θερμοκρασίας που προκαλούν παγετωνικές περιόδους συνδέονται με τους κύκλους του άνθρακα και του οξυγόνου. Μια μεταγενέστερη παγετωνική περίοδος, η λεγόμενη Marinoan, διήρκεσε μόλις 4 εκατομμύρια χρόνια, πολύ λιγότερο από τη Sturtian. Οι συγγραφείς της μελέτης σημειώνουν ότι η αποσάθρωση των πυριτικών πετρωμάτων, η οποία λειτουργεί ως φυσικός μηχανισμός απορρόφησης διοξειδίου του άνθρακα, επιβραδύνεται ή σταματά κατά τη διάρκεια της παγοκάλυψης. Έτσι, το ηφαιστειακό CO2 συσσωρεύεται έως ότου ξεπεραστεί ένα κρίσιμο όριο και οι παγετώνες αρχίσουν να λιώνουν.
Η ομάδα υπολογίζει ότι αυτός ο κύκλος διαρκεί περίπου 4 εκατομμύρια χρόνια —διάρκεια που συνάδει με την περίοδο Marinoan, αλλά όχι με την πολύ μακρύτερη Sturtian. Επιπλέον, σε παρατεταμένες περιόδους παγετώνων, το οξυγόνο θα έπρεπε να έχει εξαντληθεί πλήρως, κάτι που δεν συμβαίνει, καθώς μορφές ζωής φαίνεται να επέζησαν εκείνη την εποχή.
Όπως αναφέρουν οι ερευνητές, «οι αναντιστοιχίες ανάμεσα στην προβλεπόμενη εξέλιξη του pCO2 και τη διάρκεια των παγετώνων, καθώς και μεταξύ του pO2 και των βιολογικών δεδομένων, οδηγούν στην ανάγκη για εναλλακτικές λύσεις στο πρόβλημα των νεοπροτεροζωικών παγετώνων».
Ο ρόλος της Επαρχίας Franklin και οι κύκλοι «limit cycling»
Για να δώσουν μια πιο ρεαλιστική εξήγηση, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν ένα συνδυαστικό μοντέλο προσομοίωσης του κλίματος, του άνθρακα και του οξυγόνου της Γης. Εξέτασαν διάφορες παραμέτρους, όπως την ηφαιστειακή δραστηριότητα, τους ρυθμούς αποσάθρωσης και το μέγεθος της Επαρχίας Franklin Large Igneous Province (LIP) στον Καναδικό Αρκτικό κύκλο. Η περιοχή αυτή, πλούσια σε βασαλτικά πετρώματα, θεωρείται ότι συνέβαλε στην παγκόσμια παγοκάλυψη μέσω εντατικής αποσάθρωσης που απορρόφησε μεγάλες ποσότητες CO2.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, «η ενισχυμένη αποσάθρωση από LIPs αποτελεί σημαντικό κλιματικό παράγοντα σε γεωλογική κλίμακα. Η Επαρχία Franklin σχηματίστηκε περίπου πριν από 717 εκατομμύρια χρόνια, σχεδόν ταυτόχρονα με την έναρξη της περιόδου Sturtian, και παρείχε επαρκή ποσότητα βασάλτη για να προκαλέσει παγκόσμια παγοκάλυψη».
Το νέο μοντέλο δείχνει ότι η αποσάθρωση της Επαρχίας Franklin προκάλεσε επαναλαμβανόμενους κύκλους παγετώνων, κατά τους οποίους το CO2 αυξανόταν όταν η αποσάθρωση σταματούσε και μειωνόταν ξανά όταν επανεκκινούσε. Αυτοί οι «limit cycles» εξηγούν πώς η Γη μπορούσε να περάσει από διαδοχικά επεισόδια παγετώνων επί 56 εκατομμύρια χρόνια, επιτρέποντας παράλληλα τη διατήρηση του οξυγόνου και της ζωής.
Όπως σημειώνεται στη μελέτη, «αν μόνο ένα τμήμα της Επαρχίας Franklin είχε αποσαθρωθεί κατά την αρχική παγοκάλυψη, το υπόλοιπο θα μπορούσε να συνεχίσει να απορροφά CO2 στις θερμότερες φάσεις, προκαλώντας νέους κύκλους ψύξης και θέρμανσης, μέχρι να εξαντληθεί το απόθεμα βασάλτη».
Αν και το μοντέλο είναι απλουστευμένο και δεν περιλαμβάνει όλους τους βιογεωχημικούς παράγοντες, προσφέρει μια πειστική εξήγηση για τις ασυνέπειες των προηγούμενων θεωριών. Επιπλέον, η κατανόηση αυτών των επαναλαμβανόμενων επεισοδίων «Snowball Earth» μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να ερμηνεύσουν παρόμοια φαινόμενα σε εξωπλανήτες με συνθήκες παρόμοιες με της Γης.
