Terre boule de neige
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Terre boule de neige
La Terre boule de neige hypothèse postule que la terre surface de l 'est devenu entièrement ou presque entièrement congelé au moins une fois, quelque temps plus tôt que 650 Ma (millions d'années). Les partisans de l'hypothèse soutiennent qu'il explique mieux sédimentaires dépôts généralement considérés comme des origine glaciaire au tropicaux paléolatitudes , et d'autres caractéristiques contraire énigmatiques dans le géologiques enregistrement. Les adversaires de l'hypothèse contestent les implications de la preuve géologique de glaciation globale, la faisabilité géophysique d'une glace - ou la neige fondante recouvre l'océan, et la difficulté d'échapper à une condition tout gelé. Il ya un certain nombre de questions sans réponse, y compris si la Terre était une boule de neige complet, ou un «slushball" avec une mince bande équatoriale d'eau libre (ou ouvert en saison).
Les cadres de temps géologiques à l'étude viennent avant la multiplication soudaine de formes de vie sur Terre connus sous le nom explosion cambrienne , et le plus récent épisode boule de neige peuvent avoir déclenché l'évolution de la vie multicellulaire sur Terre. Un autre, beaucoup plus tôt et plus, épisode boule de neige, la Glaciation huronienne, qui a eu lieu de 2400 à 2100 Ma a peut-être été déclenché par le catastrophe de l'oxygène.
Histoire
Douglas Mawson (1882-1958), un géologue et explorateur australien de l'Antarctique, a passé beaucoup de sa carrière à étudier la Néoprotérozoïque stratigraphie de l'Australie du Sud, où il a identifié épais sédiments et de vastes glacial et à la fin de sa carrière spéculé sur la possibilité de glaciation globale.
Les idées de Mawson de glaciation globale, cependant, étaient fondées sur l'hypothèse erronée que la position géographique de l'Australie, et que d'autres continents où basse latitude dépôts glaciaires se trouvent, est resté constant dans le temps. Avec l'avancement de la hypothèse de la dérive des continents, et finalement tectonique des plaques théorie, est venu une explication plus facile pour les sédiments glaciaires-ils ont été déposés à un moment où les continents étaient à des latitudes plus élevées.
En 1964, l'idée de glaciation globale échelle réapparu lorsque W. Brian Harland a publié un document dans lequel il a présenté des données montrant que paléomagnétiques glaciaire tillites dans Svalbard et le Groenland ont été déposés à des latitudes tropicales. De ces données paléomagnétisme, et la preuve sédimentologique que les sédiments glaciaires interrompent successions de roches couramment associés aux tropicale latitudes tempérées, il a plaidé pour un âge de glace qui était si extrême qu'elle a entraîné le dépôt de roches glaciaires marins dans les régions tropicales.
Dans les années 1960, Mikhail Budyko, un climatologue russe, a développé un modèle simple climatique bilan énergétique pour étudier l'effet de la couverture de glace sur mondiale climatique . En utilisant ce modèle, Budyko constaté que si des feuilles de glace ont progressé assez loin des régions polaires, une boucle de rétroaction se ensuivit où le réflexivité accrue ( albédo ) de la glace a conduit à un refroidissement supplémentaire et la formation de plus de glace, jusqu'à ce que la Terre entière était couverte dans la glace et se est stabilisé dans un nouvel équilibre couvert de glace. Alors que le modèle de Budyko a montré que cette stabilité albédo de la glace pourrait se produire, il a conclu qu'il ne était jamais arrivé, parce que son modèle offert aucun moyen d'échapper à un tel scénario.
Le terme «Terre boule de neige» a été inventé par Joseph Kirschvink, professeur de géobiologie au Institut de technologie de Californie, dans un court article publié en 1992 dans un volume de long sur la biologie de la Eon Protérozoïque. Les principales contributions de ce travail étaient: (1) la reconnaissance que la présence de formations de fer rubanées est compatible avec une telle épisode glaciaire et (2) l'introduction d'un mécanisme qui pour échapper à un couvert de glace Terre l'accumulation de CO 2 à partir de dégazage volcanique conduisant à un effet ultra-effet de serre.
La découverte de Franklyn Van Houten d'un modèle géologique cohérente dans laquelle les niveaux des lacs ont augmenté et sont tombés est maintenant connu comme le «cycle Van Houten." Ses études sur les dépôts de phosphore et formations de fer rubanées dans les sédiments de lui un adepte précoce de l'hypothèse «Terre boule de neige" postulant que la surface de la planète a gelé il ya plus de 650.000.000 années faites.
L'intérêt pour le Terre boule de neige a augmenté de façon spectaculaire après Paul F. Hoffman, professeur de géologie à Université de Harvard, et ses coauteurs appliquées les idées de Kirschvink à une succession de roches sédimentaires du Néoprotérozoïque dans la Namibie , élaborés sur l'hypothèse en incorporant ces observations que l'apparition de carbonates de capitalisation, et ont publié leurs résultats dans la revue Science en 1998.
Actuellement, les aspects de l'hypothèse restent controversés et il est débattue sous les auspices du Programme international de géosciences (PICG) Projet 512: néoprotérozoïques périodes glaciaires.
En Mars 2010, la revue Science a publié un article «Calibrage du Cryogénien "qui a conclu que" Ice a donc été mis à la terre en dessous du niveau de la mer à très basse paléolatitudes, ce qui implique que la glaciation était Sturtien mondial en mesure ". Un compte rendu populaire de cette conclusion a été publiée dans Science Daily.
Preuve
L'hypothèse de la Terre boule de neige a été initialement conçu pour expliquer la présence apparente de glaciers à des latitudes tropicales. Modélisation suggéré qu'une fois glaciers propagée à l'intérieur de 30 ° de l'équateur, une albédo de la glace évaluations se traduirait par la glace avancer rapidement à l'équateur (modélisation montre en outre que la glace peut en effet se rapprocher autant que 25 ° ou plus près de l'équateur sans déclencher glaciation totale). Par conséquent, la présence de dépôts glaciaires apparemment dans les tropiques semble pointer vers une couverture mondiale de glace.
Critique d'une évaluation de la validité de la théorie, donc, est une compréhension de la fiabilité et de l'importance de la preuve qui a mené à la croyance que la glace jamais atteint les tropiques. Cette preuve doit prouver deux choses:
- qu'une chambre contient des structures sédimentaires qui auraient pu être créés que par l'activité glaciaire;
- que le lit était dans les tropiques quand il a été déposé.
Pendant une période de glaciation globale, il doit également être démontré que les glaciers étaient actifs à différents endroits du globe en même temps, et qu'aucune des autres dépôts du même âge sont dans l'existence.
Ce dernier point est très difficile à prouver. Avant le Ediacara, les marqueurs biostratigraphiques habituellement utilisés pour corréler les roches sont absents; il n'y a donc aucun moyen de prouver que les roches dans différents endroits à travers le monde ont été déposés en même temps. Le mieux qu'on puisse faire, ce est d'estimer l'âge des roches en utilisant des méthodes radiométriques, qui sont rarement précis afin de mieux d'un million d'années.
Les deux premiers points sont souvent la source de discorde au cas par cas. Beaucoup de caractéristiques glaciaires peuvent également être créés par des moyens non-glaciaires, et l'estimation de la latitude de masses, même aussi peu que 200 il ya des millions d'années peut être criblé de difficultés.
Paléomagnétisme
L'hypothèse Snowball Terre a été posée en premier afin d'expliquer ce qui ont ensuite été considéré comme dépôts glaciaires près de l'équateur. Depuis plaques tectoniques se déplacent dans le temps, déterminer leur position à un moment donné dans l'histoire ne est pas facile. En plus des considérations de la façon dont les masses reconnaissables auraient pu se assembler, la latitude à laquelle un rocher a été déposé peut être limitée par le paléomagnétisme.
Lorsque les roches sédimentaires se forment, minéraux magnétiques en leur sein ont tendance à se aligner avec le champ magnétique de la Terre. Grâce à la mesure précise de cette paléomagnétisme, il est possible d'estimer la latitude (mais pas la longitude) où la matrice rocheuse a été déposé. Mesures paléomagnétiques ont indiqué que certains sédiments d'origine glaciaire dans le Disque de rock Néoprotérozoïque ont été déposés dans les 10 degrés de l'équateur, mais l'exactitude de cette reconstruction est en question. Cet emplacement paléomagnétique de sédiments glaciaires apparemment (comme dropstones) a été prise à suggérer que les glaciers étendus à niveau de la mer dans les latitudes tropicales. Il ne est pas clair si cela peut être considéré comme impliquant une glaciation globale, ou l'existence d'localisées, les régimes glaciaires éventuellement enclavés. D'autres ont même suggéré que la plupart des données ne limitent pas les dépôts glaciaires à moins de 25 ° de l'équateur.
Les sceptiques suggèrent que les données paléomagnétiques pourraient être corrompus si le champ magnétique de la Terre était sensiblement différente de celle d'aujourd'hui. En fonction de la vitesse de refroidissement du noyau de la terre, il est possible que pendant le Protérozoïque, son champ magnétique n'a pas approcher une Répartition dipolaire, avec un pôle Nord et le Sud aligner à peu près avec l'axe de la planète comme ils le font aujourd'hui. Au lieu de cela, un noyau plus chaud peut avoir distribué plus vigoureusement et donné lieu à quatre, huit pôles ou plus. Les données paléomagnétiques devraient alors être ré-interprété comme particules pourraient aligner pointant vers un 'West Pole »plutôt que le pôle Nord. Alternativement, champ dipolaire de la Terre aurait orienté de telle sorte que les pôles étaient près de l'équateur. Cette hypothèse a été posée pour expliquer le mouvement extraordinairement rapide des pôles magnétiques implicites par le dossier paléomagnétisme Ediacaran; le mouvement présumé du pôle nord se produirait dans le même temps que la glaciation Gaskiers.
Une autre faiblesse du recours à des données paléomagnétisme est la difficulté à déterminer si le signal magnétique enregistré est original, ou si elle a été réinitialisée par l'activité ultérieure. Par exemple, un bâtiment-montagne orogeny rejets d'eau chaude comme un sous-produit de réactions métamorphiques; cette eau peut circuler aux roches des milliers de kilomètres et de réinitialiser leur signature magnétique. Cela rend l'authenticité de roches de plus de quelques millions d'années difficiles de déterminer sans observations minéralogiques laborieux. En outre, plus les preuves se accumulent que les événements de réaimantation à grande échelle ont eu lieu, qui pourraient nécessiter une révision de la position des pôles paléomagnétiques.
Il ya actuellement un seul dépôt, le dépôt Elatina de l'Australie, qui a été déposé indubitablement aux basses latitudes; sa date de dépôt est bien contraint, et le signal est manifestement d'origine.
Faible latitude dépôts glaciaires
Les roches sédimentaires qui sont déposés par les glaciers ont des caractéristiques distinctives qui permettent leur identification. Bien avant l'avènement de la Terre boule de neige hypothèse, de nombreux Sédiments néoprotérozoïques avaient été interprétés comme ayant une origine glaciaire, dont certains apparemment à des latitudes tropicales au moment de leur dépôt. Toutefois, il convient de rappeler que de nombreuses caractéristiques sédimentaires traditionnellement associés aux glaciers peuvent également être formés par d'autres moyens. Ainsi, l'origine glaciaire de la plupart des événements clés pour Terre boule de neige a été contestée. En 2007, il y avait seulement une "très fiable" - encore contestée - point de donnée d'identification tropicale tillites, qui fait des déclarations de la couverture de glace équatoriale un peu présomptueux. Toutefois, le témoignage de la glaciation de niveau de la mer sous les tropiques au cours de la Sturtien se accumulent. Preuve de possible origine glaciaire des sédiments comprend:
- Dropstones (pierres déposées dans les sédiments marins), qui peuvent être déposés par des glaciers ou autres phénomènes.
- Varves (Les couches annuelles de sédiments dans les lacs périglaciaires), qui peut se former à des températures plus élevées.
- Stries glaciaires (formés par des pierres encastrées raclées contre socle): stries semblables sont de temps à autre formé par coulées de boue ou mouvements tectoniques.
- Diamictites (conglomérats mal triés). Initialement décrite comme glaciaire jusqu'à ce que, la plupart étaient en fait formé par coulées de débris.
Dépôts d'eau libre
Il semble que certains dépôts formés pendant la période Snowball ne ont pu être formé en présence d'un cycle hydrologique actif. Des bandes de dépôts glaciaires jusqu'à 5500 mètres d'épaisseur, séparées par de petits (mètres) bandes de sédiments non glaciaires, démontrent que les glaciers fondaient et re-former plusieurs reprises pour des dizaines de millions d'années; océans solides ne permettraient pas cette échelle de dépôt. Il est considéré comme possible que courants glaciaires tels que vus dans l'Antarctique aujourd'hui pourraient être responsables de ces séquences. En outre, les caractéristiques sédimentaires qui ne pouvaient se former dans l'eau ouverte, par exemple rides des vagues formées, loin-rendus glace empilée débris et indicateurs de l'activité photosynthétique, peuvent être trouvés dans les sédiments datant des périodes Terre boule de neige. Alors que ceux-ci peuvent représenter «oasis» de eau de fonte sur une Terre complètement gelé, la modélisation informatique suggère que de vastes zones de l'océan doivent être restés libre de glace faisant valoir que une boule de neige "dur" ne est pas plausible en termes de bilan énergétique et les modèles de circulation générale.
ratios d'isotopes de carbone
Il ya deux stables isotopes de carbone dans l'eau de mer : carbone 12 (12 C) et le rare du carbone 13 (13 C), ce qui représente environ 1,109 pour cent d'atomes de carbone.
Les processus biochimiques, dont la photosynthèse est une, ont tendance à incorporer préférentiellement le briquet 12 C isotopes. Ainsi photosynthétiques de l'océan vivant, à la fois protistes et les algues , ont tendance à être très légèrement appauvri en 13 C, par rapport à l'abondance trouvé dans les primaires volcaniques sources de carbone de la Terre. Par conséquent, un océan de vie photosynthétique aura un faible 13 C / 12 C dans les restes organiques, et un ratio plus faible dans l'eau de l'océan correspondante. La composante organique des sédiments lithifiés restera à jamais très légèrement, mais mesurable, appauvri en 13 C.
Pendant l'épisode proposé de Terre boule de neige, il ya des excursions négatifs rapides et extrêmes dans le rapport de 13 C à 12 C. Ceci est cohérent avec un congélateur qui a tué hors plus ou presque tous photosynthétique vie - bien que d'autres mécanismes, tels que clathrate de presse, peut aussi causer de telles perturbations. Fermer l'analyse du calendrier des 13 C 'pointes' dans des dépôts à travers le monde permet la reconnaissance de quatre, peut-être cinq, événements glaciaires à la fin du Néoprotérozoïque.
Formations de fer rubanées
Formations de fer rubanées (FIF) sont des roches sédimentaires de couches oxyde de fer et pauvre en fer chert. En présence d'oxygène, de fer rouille naturellement et devient insoluble dans l'eau. Les formations de fer rubanées sont souvent très vieux et leur dépôt est souvent liée à l'oxydation de l'atmosphère de la Terre au cours de la Ère paléoprotérozoïque, le fer quand il est dissous dans l'océan est venu en contact avec la photosynthèse produit de l'oxygène et précipité sous forme d'oxyde de fer.
Les bandes ont été produites au Tipping Point entre un anoxique et un océan oxygéné. Depuis l'atmosphère d'aujourd'hui est l'oxygène riche (près de 21 pour cent en volume) et en contact avec les océans, il ne est pas possible d'accumuler assez d'oxyde de fer de déposer une formation en bandes. Les seules vastes formations de fer qui ont été déposés après la Paléoprotérozoïque (après il ya 1,8 milliards d'années) sont associés à Dépôts glaciaires Cryogénien.
Pour ces roches riches en fer pour être déposés il faudrait anoxie dans l'océan, fer de sorte qu'une grande partie dissous (comme ferreux oxyde) pourrait se accumuler avant qu'il rencontra un oxydant qui précipiterait comme l'oxyde ferrique. Pour l'océan pour devenir anoxique il doit avoir un échange de gaz limitée avec l'atmosphère oxygénée. Les partisans de l'hypothèse affirment que la réapparition de BIF dans le dossier sédimentaire est le résultat des niveaux d'oxygène limitées dans un océan scellé par la glace de mer, tandis que les opposants suggèrent que la rareté des dépôts de BIF peut indiquer qu'ils formaient dans les mers intérieures.
Être isolé des océans, ces lacs peuvent avoir été stagnante et anoxique en profondeur, un peu comme aujourd'hui la mer Noire ; une entrée suffisante de fer pourrait fournir les conditions nécessaires à la formation BIF. Une autre difficulté dans ce qui suggère que FFR a marqué la fin de la glaciation, ce est qu'ils se trouvent interstratifiés avec sédiments glaciaires. BIFs sont également remarquablement absent lors de la glaciation Marinoan.
Cap des roches carbonatées
Autour du sommet de Dépôts glaciaires néoprotérozoïques il est généralement une transition nette dans un sédimentaires chimiquement précipité calcaire ou dolomie mètres à plusieurs dizaines de mètres d'épaisseur. Ces carbonates de capitalisation se produisent parfois dans les successions sédimentaires qui ne ont pas d'autres roches carbonatées, ce qui suggère que leur dépôt est le résultat d'une aberration profonde dans la chimie de l'océan.
Ces carbonates de la PAC ont composition chimique inhabituelle, ainsi que des structures sédimentaires étranges qui sont souvent interprétés comme des grandes ondulations. La formation de ces roches sédimentaires pourrait être causée par un afflux important de chargés positivement ions , que serait produite par l'altération rapide pendant l'extrême effet de serre suite à un événement Terre boule de neige. Le δ 13 C signature isotopique des carbonates de capitalisation est proche de -5 ‰, en accord avec la valeur de l'enveloppe - une telle valeur faible est généralement / pourrait être prise pour signifier une absence de vie, car la photosynthèse agit généralement d'augmenter la valeur; alternativement la libération des dépôts de méthane aurait pu baisser à partir d'une valeur plus élevée, et contrebalancer les effets de la photosynthèse.
Le mécanisme précis impliqué dans la formation de carbonates de capitalisation ne est pas clair, mais l'explication la plus citée suggère que, à la fusion d'une Terre boule de neige, l'eau serait dissoudre le CO 2 de l'abondante atmosphère pour former l'acide carbonique, qui tomberait comme les pluies acides . Cela exposés aux intempéries silicate et du carbonate de roche (y compris les débris glaciaires facilement attaqué), libérant de grandes quantités de calcium , qui, lorsqu'il est lavé dans l'océan serait former des couches distinctement texturés de carbonate roche sédimentaire. Un tel abiotique " bouchon carbonate "sédiments peut être trouvé sur le dessus du till glaciaire qui a donné lieu à l'hypothèse Terre boule de neige.
Cependant, il ya quelques problèmes avec la désignation d'une origine glaciaire de plafonner carbonates. Tout d'abord, la concentration en dioxyde de carbone dans l'atmosphère entraînerait les océans deviennent acides, et dissoudre les carbonates contenus dans - absolument en contradiction avec le dépôt de carbonates de capitalisation. En outre, l'épaisseur de certains carbonates de capitalisation est bien au-dessus ce qui pourrait raisonnablement être produite dans les déglaciations relativement rapides. La cause est encore affaiblie par l'absence de carbonates de capitalisation au-dessus de nombreuses séquences d'origine glaciaire clairement à la même époque et l'apparition de carbonates similaires dans les séquences d'origine glaciaire proposé. Un autre mécanisme qui peut avoir produit la Doushantuo bouchon carbonate au moins, est la, libération rapide généralisée de méthane. Cela représente incroyablement bas - caractéristiques sédimentaires inhabituels ainsi que qui semblent avoir été formé par le flux de gaz à travers les sédiments - aussi bas que -48 ‰ - valeurs δ 13 C.
Modification de l'acidité
Les isotopes de l'élément bore suggèrent que le pH des océans a considérablement diminué avant et après la Glaciation Marinoan. Cela peut indiquer une accumulation de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, dont certaines se dissoudre dans les océans pour former l'acide carbonique. Bien que les variations de bore peut être une preuve du changement de climat extrême, ils ne implique pas nécessairement une glaciation globale.
la poussière de l'espace
La surface de la Terre est très appauvri dans l'élément iridium , qui réside principalement dans le Noyau de la Terre. La seule source importante de l'élément à la surface est particules cosmiques qui atteignent la Terre. Lors d'une Terre boule de neige, l'iridium serait accumuler sur les plaques de glace, et quand la glace a fondu la couche de sédiments résultant serait riche en iridium. Une iridium anomalie a été découverte à la base des formations de carbonate de bouchon, et a été utilisé pour suggérer que l'épisode glaciaire a duré pendant au moins 3 millions d'années, mais cela ne implique pas nécessairement une mesure globale de la glaciation; en effet, une anomalie similaire pourrait se expliquer par l'impact d'un grand météorite.
Les fluctuations climatiques cycliques
En utilisant le ratio de mobiles cations à ceux qui restent dans le sol pendant altération chimique (l'indice chimique d'altération), il a été montré que l'altération chimique varie de façon cyclique dans une succession glaciaire, ce qui augmente pendant les périodes interglaciaires et diminuant pendant les périodes glaciaires froides et arides. Cette tendance, si un reflet fidèle des événements, suggère que les "Snowball" Terres ressemblait fort à Pléistocène âge de glace cycles qu'à une Terre complètement gelé.
Qui plus est, les sédiments glaciaires de la Portaskaig formation en Ecosse montrent clairement cycles intercalés de sédiments marins glaciaires et peu profondes. La signification de ces dépôts est très dépendante sur leur datation. Les sédiments glaciaires sont difficiles à dater, et le plus proche lit daté au groupe Portaskaig est 8 km stratigraphiquement au-dessus des lits d'intérêt. Sa datation à 600 Ma signifie les lits peuvent être provisoirement corrélés à la glaciation Sturtien, mais ils peuvent représenter l'avancée ou le recul d'une Terre boule de neige.
Mécanismes
L'initiation d'un événement Terre boule de neige se agirait d'un mécanisme de refroidissement initiale, qui se traduirait par une augmentation de la couverture de la Terre de la neige et de la glace. L'augmentation de la couverture de la Terre de la neige et de la glace à son tour de la Terre augmenter l'albédo , ce qui entraînerait rétroaction positive pour le refroidissement. Si assez de neige et de la glace se accumule, le refroidissement emballement entraînerait. Cette rétroaction positive est facilitée par une distribution continentale équatoriale, ce qui permettrait à la glace de se accumuler dans les régions proches de l'équateur, où le rayonnement solaire est le plus direct.
De nombreux mécanismes de déclenchement possibles pourraient représenter le début d'une Terre boule de neige, comme l'éruption d'un supervolcano, une réduction de la concentration atmosphérique de gaz à effet de serre tels que le méthane et / ou dioxyde de carbone , des changements dans la production d'énergie solaire , ou des perturbations de la L'orbite de la Terre. Indépendamment de la gâchette, des résultats d'refroidissement initial à une augmentation de la zone de la surface de la Terre couverte par la glace et la neige, et la glace supplémentaire et la neige reflète plus d'énergie solaire vers l'espace, un nouveau refroidissement de la Terre et d'augmenter encore la surface de la Terre surface couverte par la glace et la neige. Cette boucle de rétroaction positive pourrait éventuellement produire une gelée équateur froid comme moderne Antarctique .
Le réchauffement climatique associé à de grandes accumulations de dioxyde de carbone dans l'atmosphère pendant des millions d'années, émis principalement par l'activité volcanique, est l'élément déclencheur proposé pour faire fondre une Terre boule de neige. En raison de la réaction positive pour la fusion, la fusion éventuelle de la neige et la glace couvrant la plupart de la surface de la Terre, il faudrait aussi peu que 1000 années.
Répartition Continental
Une distribution tropicale des continents est, peut-être contre-intuitive, nécessaire pour permettre l'ouverture d'une Terre boule de neige. Tout d'abord, continents tropicaux sont plus réfléchissant que le plein océan, et ainsi absorbent moins de la chaleur du soleil: plus l'absorption de l'énergie solaire sur la Terre aujourd'hui se produit dans les océans tropicaux.
En outre, les continents tropicaux sont soumis à plus de précipitations, ce qui conduit à une augmentation de débit de la rivière - et l'érosion. Lorsqu'il est exposé à l'air, roches silicatées subissent une altération des réactions qui enlèvent le dioxyde de carbone de l'atmosphère. Ces réactions se déroulent sous la forme générale: Rock-minérale formant + CO 2 + H 2 O → cations + bicarbonate + SiO 2. Un exemple d'une telle réaction est l'altération de wollastonite:
- CaSiO3 2CO + 2 + H 2 O → Ca 2+ + SiO 2 + 3 2HCO -
Les libérés calcium cations réagissent avec l'dissous bicarbonate dans l'océan pour former du carbonate de calcium comme un précipité chimique des roches sédimentaires . Cela transfère le dioxyde de carbone , un gaz à effet de serre, à partir de l'air dans le géosphère, et, dans l'état d'équilibre sur des échelles de temps géologiques, compense le dioxyde de carbone émis par les volcans dans l'atmosphère.
Un manque de sédiments appropriés pour l'analyse rend distribution continentale précise au cours du Néoprotérozoïque difficile à établir. Certaines reconstitutions pointent vers continents polaires - qui ont été une caractéristique de toutes les autres grandes glaciations, fournissant un point sur lequel la glace peut nucléation. Changements dans les habitudes de circulation océanique peuvent alors ont fourni la gâchette de Terre boule de neige.
D'autres facteurs qui peuvent avoir contribué à l'apparition de la Néoprotérozoïque Snowball comprennent l'introduction d'oxygène libre atmosphérique, qui peut avoir atteint des quantités suffisantes pour réagir avec du méthane dans l'atmosphère, il oxydation au dioxyde de carbone, un gaz à effet de serre beaucoup plus faible, et un jeune - donc plus faible - soleil, qui aurait émis 6 pour cent de moins rayonnement dans le Néoprotérozoïque.
Normalement, que la Terre se refroidit en raison des fluctuations et des changements dans le rayonnement solaire incident climatiques naturelles, le refroidissement ralentit ces réactions intempéries. En conséquence, moins de dioxyde de carbone est éliminé de l'atmosphère et la Terre se réchauffe que ce gaz à effet de serre accumule - ce " rétroaction négative 'procédé limite l'ampleur du refroidissement. Pendant le Cryogénien période, cependant, les continents de la planète étaient tous au tropicaux latitudes, ce qui fait de ce processus de modération moins efficace, car les taux d'altération élevés ont continué sur la terre même que refroidi la Terre. Ce laissez avance de glace au-delà des régions polaires. Une fois la glace avancé à moins de 30 ° de l'équateur, une rétroaction positive pourrait se ensuivre tels que la réflexivité accrue ( albédo ) de la glace a conduit à un refroidissement supplémentaire et la formation de plus de glace, jusqu'à ce que l'ensemble de la Terre est recouverte de glace.
Continents polaires, en raison des taux de faible évaporation, sont trop sec pour permettre le dépôt de carbone substantiel - de limiter la quantité de dioxyde de carbone dans l'atmosphère qui peut être retiré de la le cycle du carbone. Une augmentation progressive de la proportion de la isotopique du carbone 13 par rapport au carbone 12 dans les sédiments antérieurs à la glaciation "global" indique que le CO 2 rabattement avant Snowball Terres était un processus lent et continu.
Le début de Snowball Terres sont toujours marquée par une forte baisse dans la valeur C de sédiments δ 13, une caractéristique qui peut être attribuée à un accident de la productivité biologique en raison des températures froides et des océans recouverts de glace.
Au cours de la période congelés
La température mondiale est tombé si bas que l'équateur était froid comme moderne Antarctique . Cette basse température a été maintenue par la glace réfléchissante, son albédo élevé résultant en plus d'énergie solaire incidente qui se reflète dans l'espace. Un manque de nuages retiennent la chaleur, causé par la vapeur d'eau glacée de l'atmosphère, amplifié cet effet.
Sortir de glaciation globale
Les dioxyde de carbone niveaux nécessaires pour débloquer la Terre ont été estimés comme étant 350 fois ce qu'ils sont aujourd'hui, environ 13% de l'atmosphère. Depuis la Terre a été presque entièrement recouverte de glace, le dioxyde de carbone ne peut pas être retirée de l'atmosphère par libération d'ions de métaux alcalins intempéries sur roches siliceuses. Au cours 4-30000000 années, assez CO 2 et le méthane , principalement émis par les volcans , se accumulent pour finalement provoquer assez de l'effet de serre pour faire fondre la glace de surface sous les tropiques jusqu'à ce qu'une bande de terre de façon permanente libre de glace et de l'eau développée; ce serait plus sombre que la glace, et ainsi absorber plus d'énergie du soleil - lancement d'un " commentaire positif ".
Sur les continents, la fonte des glaciers libérerait des quantités massives de dépôt glaciaire, ce qui réduirait et la météo. Les sédiments résultant fournis à l'océan seraient riches en nutriments tels que le phosphore , qui combinés avec l'abondance de CO 2 pourraient déclencher une cyanobactéries explosion de la population, ce qui entraînerait une réoxygénation relativement rapide de l'atmosphère, qui peut avoir contribué à la hausse de la Ediacaran biote et la subséquente explosion cambrienne - une concentration plus élevée en oxygène permettant aux grandes formes de vie multicellulaires se développer. Cette boucle de rétroaction positive ferait fondre la glace dans l'ordre court géologique, peut-être moins de 1000 années; reconstitution de l'oxygène atmosphérique et de l'épuisement des niveaux de CO 2 serait prendre de nouvelles millénaires.
Déstabilisation des importants gisements de hydrates de méthane enfermés dans faible latitude pergélisol peut aussi avoir agi comme un déclencheur et / ou une forte réaction positive pour la déglaciation et le réchauffement.
Il est possible que les niveaux de dioxyde de carbone ont baissé assez pour la Terre de geler à nouveau; ce cycle peut-être répétée jusqu'à ce que le continents avaient dérivé vers des latitudes plus polaires.
Des données plus récentes suggèrent que les températures océaniques plus froides, la capacité plus élevé résultant des océans pour dissoudre gaz conduit à la teneur en carbone de l'eau de mer étant plus rapidement oxydé en dioxyde de carbone. Cela nous conduit directement à une augmentation de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, renforcée réchauffement à effet de serre de la surface de la Terre, et de la prévention d'un état boule de neige totale.
Slushball Terre Hypothèse
Bien que la présence des glaciers ne est pas contesté, l'idée que la planète entière était recouverte de glace est plus controversée, conduisant certains scientifiques à poser un «slushball Terre", dans lequel une bande de, ou de la glace mince libres de glace, les eaux reste autour de l' équateur , ce qui permet une poursuite de cycle de l'eau .
Cette hypothèse fait appel à des scientifiques qui observent certaines caractéristiques de l'enregistrement sédimentaire qui ne peut être formé sous l'eau ouverte, ou rapidement la glace en mouvement (ce qui exigerait un endroit libre de glace pour passer à). Des recherches récentes observé cyclicité géochimique roches clastiques, démontrant que les périodes de «boule de neige» ont été ponctuées par des périodes chaudes, semblables à l'âge de glace cycles de l'histoire récente de la Terre. Les tentatives pour construire des modèles informatiques d'une Terre boule de neige ont également eu du mal à accueillir la couverture de glace mondiale sans des changements fondamentaux dans les lois et constantes qui régissent la planète.
Une hypothèse boule de neige de la terre moins extrême consiste en constante évolution configurations continentales et des changements dans la circulation océanique. Preuves Synthétisé a produit des modèles indiquant une "slushball la Terre", où le record stratigraphique ne permet pas de postuler glaciations globales complètes. Hypothèse originale de Kirschivink avait reconnu que des flaques chaudes tropicales seraient censés exister dans une terre boule de neige.
L'hypothèse de la Terre boule de neige ne explique pas l'alternance des événements glaciaires et interglaciaires, ni l'oscillation des marges de feuille glaciaires; donc le modèle de la Terre de slushball semble être un meilleur ajustement que le modèle Terre boule de neige.
Litige scientifique
L'argument contre l'hypothèse est la preuve de la fluctuation de la couverture de glace et la fonte lors de dépôts "Terre boule de neige". La preuve d'une telle fusion vient de la preuve de dropstones glaciaires, des preuves géochimique de cyclicité climatique, et les sédiments marins peu profonds glaciaires et intercalées.Un enregistrement plus d'Oman, contraint à 13 ° N, couvre la période d'il ya 712 à 545.000.000 années - un laps de temps contenant lesglaciations Sturtien et Marinoéen - et montre à la fois les dépôts glaciaires et libre de glace.
Il ya eu des difficultés à recréer une Terre boule de neige avec des modèles climatiques globaux . MCG simples avec océans couches mixtes peuvent être apportées à geler à l'équateur; un modèle plus sophistiqué avec un océan dynamique complète (mais seulement un modèle de glace de mer primitive) n'a pas réussi à former la glace de mer à l'équateur. En outre, les niveaux de CO 2 nécessaire de faire fondre une couverture mondiale de glace ont été calculés pour 130 000 ppm, ce qui est considéré par certains comme excessivement élevée.
Strontium données isotopiques ont été trouvés à être en contradiction avec les modèles de la Terre boule de neige de silicate intempéries arrêt proposées pendant la glaciation et des vitesses rapides immédiatement post-glaciation. Par conséquent, la libération de méthane à partir du pergélisol pendant transgression marine a été proposé d'être la source de la grande excursion de carbone mesuré dans le temps immédiatement après la glaciation.
Hypothèse "de rift Zipper"
Nick Eyles suggèrent que le Néoprotérozoïque Terre boule de neige était en fait pas différent de tout autre glaciation dans l'histoire de la Terre, et que les efforts pour trouver une cause unique sont susceptibles d'aboutir à un échec. L'hypothèse "de rift Zipper" propose deux impulsions de continental "décompression" - d'abord, l'éclatement du supercontinent Rodinia, formant l'océan proto-Pacifique; puis la division du continent Baltica du Laurentia, la formation de la proto-Atlantique - a coïncidé avec les périodes glaciaires. Le soulèvement tectonique associée serait de former les hauts plateaux, tout comme le rift est-africain est responsable de la topographie élevée; ce terrain élevé pourrait alors accueillir glaciers.
Formations de fer rubanées ont été prises comme preuve incontournable pour la couverture mondiale de la glace, car ils nécessitent dissous des ions de fer et les eaux anoxiques pour former; Cependant, l'étendue limitée du Néoprotérozoïque bagué gisements de fer signifie qu'ils ne peuvent pas se sont formés dans les océans gelés, mais plutôt dans les mers intérieures. Ces mers peuvent découvrir une large gamme de produits chimiques; taux d'évaporation élevés pourraient se concentrer des ions de fer, et un manque périodique de la circulation pourraient permettre à l'eau de fond anoxique pour former.
Rifting continental, avec l'affaissement associé, tend à produire de telles masses d'eau enclavés. Cette rifting, et la subsidence associée, produiraient l'espace pour le dépôt rapide de sédiments, niant la nécessité d'une fusion immense et rapide pour augmenter les niveaux globaux de la mer.
Hypothèse haute obliquité
Une théorie concurrente pour expliquer la présence de glace sur les continents équatoriales était que la Terre inclinaison axiale était assez élevé, dans les environs de 60 °, ce qui placerait la terre de la Terre dans les hautes latitudes "", bien que les preuves sont rares. Une possibilité serait moins extrême qu'il était simplement de la Terre pôle magnétique qui errait à cette inclinaison, que les lectures magnétiques qui suggéraient continents remplis de glace dépend des pôles magnétiques et de rotation étant relativement similaire. Dans l'une de ces deux situations, le gel serait limitée à des zones relativement petites, comme cela est le cas aujourd'hui; changements sévères du climat de la Terre ne sont pas nécessaires.
Échange inertielle vrai cheminement polaire
La preuve de faible latitude dépôts glaciaires pendant les épisodes de la Terre boule de neige supposés a été réinterprété à travers le concept de l'échange d'inertie vrai cheminement polaire (IITPW). Cette théorie, créé pour expliquer les données paléomagnétiques, suggère que l'axe de la Terre de rotation déplacé une ou plusieurs fois au cours de la période générale attribué à Terre boule de neige. Cela pourrait réalistement produire la même répartition des dépôts glaciaires sans nécessiter aucun d'entre eux ont été déposés à la latitude équatoriale. Alors que la physique derrière la proposition est solide, la suppression d'un point de données erronée de l'étude originale a rendu l'application de la notion dans ces circonstances injustifiées.
Plusieurs explications alternatives pour les éléments de preuve ont été proposées.
Survie de la vie à travers des périodes congelés
Une formidable glaciation serait restreindre la vie végétale sur Terre, laissant ainsi l'oxygène atmosphérique être considérablement appauvri et peut-être même disparaître, et permettre ainsi des roches riches en fer non-oxydé pour former.
Les détracteurs affirment que ce genre de glaciation aurait rendu la vie éteinte complètement. Cependant, microfossiles tels que les stromatolites et oncolites prouvent que dans les environnements marins peu profonds au moins la vie n'a pas subi de perturbation. Au lieu de vie a développé une complexité trophique et a survécu à la période froide indemne. Les partisans répliquent qu'il aurait été possible pour la vie pour survivre dans ces façons:
- Dans les réservoirs de anaérobie et la vie pauvre en oxygène alimenté par des produits chimiques dans océaniques profondes bouches hydrothermales survivants dans les océans et profondes de la Terre croûte ; mais la photosynthèse aurait pas été possible il.
- Comme les œufs et les cellules dormantes et les spores gelé en profondeur dans de la glace tout au long des phases les plus graves de la période de gel.
- Sous la couche de glace, en minéraux (métabolisent) chimiolithotrophes écosystèmes ressemblant théoriquement celles qui existent dans les lits des glaciers modernes, de haute montagne et de l'Arctique talus pergélisol et la glace glaciaire basale. Cela est particulièrement plausible dans les zones de volcanisme ou activité géothermique.
- Dans les régions profondes de l'océan loin du supercontinent Rodinia ou de ses restes comme il se brisa et a dérivé sur les plaques tectoniques , ce qui pourrait avoir permis pour certaines petites régions d'eau libre préservation de petites quantités de la vie avec un accès à la lumière et CO 2 pour photosynthétiques (pas multicellulaire plantes, qui ne existent encore) pour générer des traces d'oxygène qui étaient assez pour soutenir certains organismes dépendant de l'oxygène. Ce serait le cas, même si la mer a gelé complètement, si de petites parties de la glace étaient suffisamment minces pour admettre la lumière.
- En zones Nunatak Letropiques, où le soleil tropical de jour ou de la roche nue chauffée de chaleur volcanique abri du vent froid et faites de petits bassins de fusion temporaire, qui figerait au coucher du soleil.
- Dans les poches d'eau liquide à l'intérieur et sous les calottes glaciaires, semblables à lac Vostok en Antarctique. En théorie, ce système peut ressembler communautés microbiennes vivant dans les lacs gelés en permanence des vallées sèches de l'Antarctique. La photosynthèse peut se produire sous la glace jusqu'à 100 m d'épaisseur, et aux températures prédites par les modèles équatoriale sublimation empêcherait épaisseur de la glace équatoriale de dépasser 10 m.
- Dans les petites oasis d'eau liquide, comme ce serait trouvés prèsgéothermiqueshotspots ressemblant àl'Islandeaujourd'hui.
Cependant, les organismes et les écosystèmes, dans la mesure où il peut être déterminé par les fossiles, ne semblent pas avoir subi le changement important qui serait attendu par un extinction de masse. Avec l'avènement de la datation plus précise, un événement phytoplancton d'extinction qui ont été associés à Terre boule de neige a été montré pour précéder glaciations par 16 millions d'années. Même si la vie était à accrocher dans tous les refuges écologiques énumérés ci-dessus, toute la Terre d'une glaciation entraînerait une biote avec une diversité sensiblement différente et la composition. Ce changement dans la diversité et la composition n'a pas encore été observed- en fait, les organismes qui devraient être plus sensibles aux variations climatiques sortir indemne de la Terre boule de neige.
Implications
A Terre boule de neige a des implications profondes dans l'histoire de la vie sur Terre. Alors que de nombreux refuges ont été avancées, la couverture de glace mondiale aurait certainement ravagé par les écosystèmes tributaires de la lumière du soleil. Les données géochimiques de roches associées à basse latitude dépôts glaciaires ont été interprétés de montrer un accident dans la vie océanique pendant les périodes glaciaires.
La fonte de la glace peut avoir présenté de nombreuses nouvelles possibilités de diversification, et peut effectivement avoir favorisé l'évolution rapide qui a eu lieu à la fin de la Cryogénien période.
Effet sur l'évolution anticipée
Le Neoproterozoic fut un temps remarquable de la diversification des organismes multicellulaires, y compris les animaux. taille de l'organisme et la complexité ont considérablement augmenté après la fin des glaciations Snowball. Ce développement des organismes multicellulaires peut avoir été le résultat de pressions évolutives accrus résultant de multiples cycles glacière-serre; en ce sens, les épisodes de la Terre boule de neige peuvent avoir "pompé" évolution. Alternativement, la fluctuation des niveaux de nutriments et oxygène naissant peuvent avoir joué un rôle. Fait intéressant, un autre épisode glaciaire majeur peut avoir terminé seulement quelques millions d'années avant l' explosion cambrienne .
Mécaniquement, l'impact de la Terre boule de neige (en particulier les glaciations plus tard) sur la vie complexe est probablement produite par le processus de la sélection de parentèle. différenciation d'organes à l'échelle, en particulier le terminal (irréversible) la différenciation présents chez les animaux, nécessite la cellule individuelle (et le les gènes qu'il contient) à "sacrifice" de leur capacité à se reproduire, de sorte que la colonie ne soit pas perturbé. De la perspective à court terme du gène, plus de descendants sera acquise en provoquant la cellule dans laquelle il est contenu pour ignorer les signaux reçus de la colonie, et à reproduire au taux maximum, quelles que soient les conséquences pour l'ensemble du groupe. Aujourd'hui, cette incitation explique la formation de tumeurs chez les animaux et les plantes.
Cette coûteuse, la différenciation «altruiste» peut être adaptatif (maximiser le nombre de descendants survivants) à des gènes individuels si la conséquence de l'altruisme (de la différenciation cellulaire terminal) bénéficie d'autres copies de ces gènes. (Notez que «l'altruisme» se réfère uniquement au coût de reproduction du trait, et implique aucune sensibilité ou de prévoyance.) Parce que les gènes des parents d'actions, gènes causant l'altruisme (tels que la différenciation à grande échelle d'organes) peuvent se propager si elle se produit entre les parents, voir la sélection de parentèle.
Il a fait valoir que, parce que Terre boule de neige aurait sans doute décimé la taille de la population d'une espèce donnée, les très petites populations qui ont abouti aurions tous été descendu à partir d'un petit nombre d'individus (voir effet fondateur), et par conséquent la parenté moyenne entre tout deux personnes (dans ce cas des cellules individuelles) auraient été exceptionnellement élevé en raison des glaciations. L'altruisme est connu pour augmenter de rareté quand parenté (R) dépasse le ratio du coût (C) à l'altruiste (dans ce cas, la cellule d'abandonner sa propre reproduction en différenciant), au bénéfice (B) à l'acquéreur altruisme (la lignée germinale de la colonie, qui reproduit à la suite de la différenciation), c.-à-R> C / B (voir la règle de Hamilton). La pression de l'évolution de la forte parenté dans le contexte d'un boom de la population post-glaciation peut avoir été suffisante pour surmonter le coût de reproduction de former un animal complexe, pour la première fois dans l'histoire de la Terre.
Il ya aussi une hypothèse rivale qui a été gagne monnaie au cours des dernières années: que les premiers Terres Snowball n'a pas tellement influer sur l'évolution de la vie sur Terre à la suite de celui-ci. En fait, les deux hypothèses ne sont pas mutuellement exclusives. L'idée est que les formes de vie de la Terre affectent le cycle global du carbone et ainsi de grands événements évolutifs modifient le cycle du carbone, la redistribution de carbone dans les différents réservoirs dans le système de la biosphère et dans le processus d'abaissement temporaire de la atmosphérique (effet de serre) réservoir de carbone jusqu'à ce que le système biosphère révisé réglé dans un nouvel état. L'épisode Snowball I (de la glaciation huronienne 2,4 au 2100000000 ans) et Snowball II (de Cryogénien du Précambrien entre 580-850 ARM et qui avait elle-même un certain nombre d'épisodes distincts) sont considérés respectivement à être causée par l'évolution de la photosynthèse oxygénique puis la montée de la vie pluricellulaire plus avancée et la colonisation de la vie de la terre.
Présence et le calendrier de Snowball Terres
Neoproterozoic
Il ya trois ou quatre importantes âges de glace au cours de la fin du Néoprotérozoïque. Parmi ceux-ci, l'Marinoan était la plus importante, et les glaciations Sturtien étaient également vraiment répandue. Même le principal promoteur Snowball Hoffman accepte que le ~ millions l'an longues Gaskiers glaciation n'a pas conduit à la glaciation globale, même si elle était probablement aussi intense que la glaciation ordovicienne. Le statut de la "glaciation" Kaigas ou "refroidissement événement" est actuellement dans le flou; certains travailleurs ne le reconnaissent pas comme un glaciaire, d'autres soupçonnent qu'il peut refléter strates mal daté d'association Sturtien, et d'autres croient qu'il peut en effet être un troisième âge de glace. Il était certainement moins important que les Sturtien ou glaciations Marinoéen, et probablement pas en mesure globale. De nouvelles preuves suggèrent que la Terre a subi un certain nombre de glaciations au cours du Néoprotérozoïque, qui se situerait fortement en désaccord avec l'hypothèse Snowball.
Paléoprotérozoïque
L'hypothèse Terre boule de neige a été invoquée pour expliquer dépôts glaciaires dans le supergroupe Huronien du Canada, même si les éléments de preuve qui suggère palaeomagnetic calottes glaciaires aux basses latitudes est contestée. Les sédiments glaciaires de la formation Makganyene d'Afrique du Sud sont légèrement plus jeunes que les dépôts glaciaires huroniennes (~ 2250000000 années vieille) et ont été déposés à des latitudes tropicales. Il a été proposé que l'élévation de l'oxygène libre qui a eu lieu au cours de la Grande-méthane retiré oxygénation de l'événement dans l'atmosphère par l'oxydation. Comme le soleil était notoirement plus faibles à l'époque, le climat de la Terre a pu se fonder sur le méthane, un gaz à effet de serre puissant, pour maintenir les températures de surface supérieures à la congélation.
En l'absence de ce méthane à effet de serre, les températures ont plongé et un événement boule de neige ont pu se produire.
Karoo Ice Age
Avant la théorie de la dérive des continents, des dépôts glaciaires dans Carbonifère strates dans les zones tropicales continents comme l'Inde et l'Amérique du Sud ont mené à la spéculation que la glaciation Karoo Ice Age atteint dans les tropiques. Cependant, une reconstitution continentale montre que la glace était en fait contraint de pièces polaires du supercontinent Gondwana .
