Wat veroorzaakte de grootste ijstijd in de geschiedenis van de aarde, bekend als 'sneeuwbal aarde'? Geologen en klimaatwetenschappers zijn al jaren op zoek naar het antwoord, maar de oorzaak van het fenomeen blijft ongrijpbaar.

Nutsvoorzieningen, Onderzoekers van de Universiteit van Harvard hebben een nieuwe hypothese over de oorzaak van de op hol geslagen ijstijd die de aarde van pool tot pool met ijs bedekte.

Het onderzoek is gepubliceerd in Geofysische onderzoeksbrieven .

Onderzoekers hebben het begin van wat bekend staat als de Sturtian-sneeuwbal-aarde-gebeurtenis vastgesteld op ongeveer 717 miljoen jaar geleden - geef of neem een ​​paar 100, 000 jaar. Rond die tijd, een enorme vulkanische gebeurtenis verwoestte een gebied van het huidige Alaska tot Groenland. Toeval?

Harvard-professoren Francis Macdonald en Robin Wordsworth dachten van niet.

"We weten dat vulkanische activiteit een groot effect kan hebben op het milieu, dus de grote vraag was, hoe verhouden deze twee gebeurtenissen zich tot elkaar, " zei Macdonald, de John L. Loeb universitair hoofddocent natuurwetenschappen.

Aanvankelijk, Het team van Macdonald dacht dat basaltgesteente - dat uiteenvalt in magnesium en calcium - interageerde met CO2 in de atmosfeer en afkoeling veroorzaakte. Echter, als dat het geval zou zijn, afkoeling zou gedurende miljoenen jaren hebben plaatsgevonden en radio-isotopische datering van vulkanisch gesteente in Arctisch Canada suggereert een veel nauwkeuriger samenloop van omstandigheden met afkoeling.

Macdonald wendde zich tot Wordsworth, die klimaten van niet-aardse planeten modelleert, en vroeg:kunnen aerosolen die door deze vulkanen worden uitgestoten de aarde snel hebben afgekoeld?

Het antwoord:ja, onder de juiste voorwaarden.

"Het is niet uniek dat grote vulkanische provincies uitbarsten, " zei Wordsworth, assistent-professor Environmental Science and Engineering aan de Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science. "Dit soort uitbarstingen zijn in de geologische tijd keer op keer gebeurd, maar ze worden niet altijd geassocieerd met afkoelingsgebeurtenissen. Dus, de vraag is, wat maakte dit evenement anders?"

Geologische en chemische studies van deze regio, bekend als de Franklin grote stollingsprovincie, toonde aan dat vulkanisch gesteente uitbrak door zwavelrijke sedimenten, die tijdens de uitbarsting als zwaveldioxide in de atmosfeer zou zijn geduwd. Wanneer zwaveldioxide in de bovenste lagen van de atmosfeer terechtkomt, het is erg goed in het blokkeren van zonnestraling. De uitbarsting van Mount Pinatubo in de Filippijnen in 1991, die ongeveer 10 miljoen ton zwavel de lucht in schoot, een jaar lang de wereldwijde temperatuur met ongeveer 1 graad Fahrenheit verlaagd.

Zwaveldioxide is het meest effectief in het blokkeren van zonnestraling als het voorbij de tropopauze komt, de grens tussen de troposfeer en de stratosfeer. Als het deze hoogte bereikt, het is minder waarschijnlijk dat het terug naar de aarde wordt gebracht in neerslag of vermengd met andere deeltjes, uitbreiding van zijn aanwezigheid in de atmosfeer van ongeveer een week tot ongeveer een jaar. De hoogte van de tropopauze-barrière hangt allemaal af van het achtergrondklimaat van de planeet - hoe koeler de planeet, hoe lager de tropopauze.

"In perioden van de geschiedenis van de aarde toen het erg warm was, vulkanische koeling zou niet erg belangrijk zijn geweest omdat de aarde zou zijn afgeschermd door deze warme, hoge tropopauze, " zei Wordsworth. "In koelere omstandigheden, De aarde wordt bijzonder kwetsbaar voor dit soort vulkanische verstoringen van het klimaat."

"Wat onze modellen hebben laten zien, is dat context en achtergrond er echt toe doen, ' zei Macdonald.

Een ander belangrijk aspect is waar de zwaveldioxidepluimen de stratosfeer bereiken. Door continentale drift, 717 miljoen jaar geleden, de Franklin grote stollingsprovincie waar deze uitbarstingen plaatsvonden was gelegen nabij de evenaar, het toegangspunt voor de meeste zonnestraling die de aarde warm houdt.

Dus, een effectief lichtreflecterend gas kwam precies op de juiste plaats en hoogte de atmosfeer binnen om afkoeling te veroorzaken. Maar er was nog een ander element nodig om het perfecte stormscenario te vormen. Ten slotte, de Pinatubo-uitbarsting had vergelijkbare eigenschappen, maar het verkoelende effect duurde slechts ongeveer een jaar.

De uitbarstingen die 717 miljoen jaar geleden zwavel in de lucht gooiden, waren geen eenmalige explosies van enkele vulkanen zoals Pinatubo. De vulkanen in kwestie overspannen bijna 2, 000 mijl door Canada en Groenland. In plaats van uitzonderlijk explosieve uitbarstingen, deze vulkanen kunnen meer continu uitbarsten zoals die in Hawaii en IJsland tegenwoordig. De onderzoekers toonden aan dat een decennium of zo van voortdurende uitbarstingen van dit type vulkanen genoeg aerosolen in de atmosfeer hadden kunnen gieten om het klimaat snel te destabiliseren.

"Koeling met aerosolen hoeft niet de hele planeet te bevriezen; het hoeft alleen maar het ijs naar een kritieke breedtegraad te drijven. Dan doet het ijs de rest, ' zei Macdonald.

Hoe meer ijs, hoe meer zonlicht wordt gereflecteerd en hoe koeler de planeet wordt. Zodra het ijs de breedtegraden bereikt rond het huidige Californië, de positieve feedbacklus neemt het over en het op hol geslagen sneeuwbaleffect is vrijwel niet te stoppen.

"Het is gemakkelijk om het klimaat te zien als dit immense systeem dat heel moeilijk te veranderen is en in veel opzichten is dat ook waar. Maar er zijn in het verleden zeer dramatische veranderingen geweest en er is alle mogelijkheid dat er in de toekomst een even plotselinge verandering kan plaatsvinden als goed, ' zei Wordsworth.

Door te begrijpen hoe deze dramatische veranderingen plaatsvinden, kunnen onderzoekers beter begrijpen hoe uitstervingen plaatsvonden, hoe voorgestelde geo-engineeringbenaderingen het klimaat kunnen beïnvloeden en hoe klimaten op andere planeten veranderen.

"Dit onderzoek toont aan dat we moeten afstappen van een eenvoudig paradigma van exoplaneten, alleen al denkend aan stabiele evenwichtsomstandigheden en bewoonbare zones, " zei Wordsworth. "We weten dat de aarde een dynamische en actieve plaats is die scherpe overgangen heeft gehad. Er is alle reden om aan te nemen dat dit soort snelle klimaattransities de norm zijn op planeten, eerder dan uitzondering."