Een van de meest extreme klimaatperioden die de aarde heeft meegemaakt, was tijdens de zogenaamde sneeuwbalaarde, 720 miljoen jaar geleden. Gedurende deze periode strekten gletsjers zich uit van de polen tot aan de tropen, resulterend in een planeet volledig bedekt met ijs.

De Snowball Earth-hypothese is al zo'n 20 jaar onderwerp van wetenschappelijk debat:wetenschappers zijn zowel gefascineerd als perplex over hoe de planeet in zo'n vreemde klimatologische toestand kon afdalen.

Nieuw onderzoek wijst nu op spectaculair grote vulkaanuitbarstingen als de sleutel in dit proces. We suggereren dat dit gebeurde omdat er grote hoeveelheden koolstofdioxide uit de atmosfeer werden gehaald na enorme uitbarstingen, en dit leidde tot een verlies van warmte van het aardoppervlak.

Verrassend genoeg, het mechanisme hiervoor lijkt rotserosie te zijn.

Verschillende soorten vulkanen

De relaties tussen vulkaanuitbarstingen en het klimaat zijn goed ingeburgerd. Bijvoorbeeld, zwavel dat in de atmosfeer werd geïnjecteerd door de uitbarsting van de Pinatubo op de Filipijnen in 1991, verlaagde de temperatuur op aarde met ongeveer een halve graad gedurende ongeveer 15 maanden. De zwavel weerkaatste inkomende zonnestraling en verlaagde de temperatuur op aarde.

Vulkanen zoals Mt Pinatubo maken deel uit van vulkanische bogen die relatief kleine hoeveelheden uitgebarsten materialen produceren. Over de wereld, boogvulkanen produceren samen minder dan één kubieke kilometer (1 km³) uitbarstend materiaal per jaar.

Vergelijk dit met een soort vulkaanuitbarsting die een "grote stollingsprovincie" wordt genoemd (we noemen ze hier een LIP). Deze uitbarstingen zijn spectaculair groot, meer dan 100 km³ lava per jaar produceren, en cruciaal, hebben totale uitbarstingsvolumes van meer dan 1 miljoen km³ en bestrijken een gebied van meer dan 1 miljoen km². (Ter vergelijking, het gebied van Zuid-Australië is ongeveer 1 miljoen km²). Dit zijn resurfacing-evenementen op continentale schaal.

Meer dan 300 van deze LIP-uitbarstingen zijn door de hele geschiedenis van de aarde erkend, en ze lijken te pieken in semi-regelmatige cycli.

Klimaateffecten op lange termijn

Hoewel sommige relatief kleine vulkaanuitbarstingen klimaateffecten op korte termijn zullen hebben, de langetermijneffecten van LIP-vulkanen kunnen ingrijpend zijn.

De reden hiervoor komt neer op eenvoudige chemie. Kooldioxide in de atmosfeer lost op in regen, en valt op de grond waar het reageert met silicaatmineralen in de rotsen. Kooldioxide vormt bicarbonaat, en uiteindelijk wordt opgesloten in kalksteen en leisteen rotsformaties.

Gedurende honderdduizenden jaren wordt de hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer op deze manier vrij effectief gereguleerd. Wetenschappers schatten dat verwering van rotsen ongeveer 600 miljoen ton koolstofdioxide per jaar verbruikt.

Geologische formaties van LIP-vulkaanuitbarstingen zijn bijzonder gevoelig voor dit proces, omdat ze grotendeels uit basalt bestaan, een soort fijnkorrelig vulkanisch gesteente dat relatief snel weerstaat en koolstofdioxide effectiever opneemt dan andere rotsen, zoals graniet.

Maar LIP-vulkaanuitbarstingen kunnen het klimaat ook op een andere manier beïnvloeden:door fotosynthese op gang te brengen.

Het koppelen van vulkaanuitbarstingen aan fotosynthese lijkt misschien vreemd, maar het komt allemaal neer op voedingsstoffen. We hebben onlangs aangetoond dat de erosie van geologische formaties zoals basalt van LIP-vulkanen rivieren en oceanen bevrucht door fosfor vrij te maken.

Fosfor is een essentieel onderdeel van DNA en al het leven heeft het nodig. Over lange perioden, fosfor is de voedingsstof die de snelheid van fotosynthese regelt. En wanneer fotosynthese plaatsvindt, het trekt ook koolstofdioxide uit de atmosfeer.

Afdaling in Sneeuwbal Aarde

Ons meest recente artikel was gericht op het bepalen of de erosie van basalt van LIP-vulkanen heeft bijgedragen aan de vermindering van koolstofdioxide in de atmosfeer geassocieerd met Snowball Earth. De eerste modellering voorspelde dat een halvering van de kooldioxide in de atmosfeer nodig zou zijn om de aarde in de sneeuwbaltoestand te brengen.

Om dit te doen, we maten verschillende vormen (bekend als isotopen) van het zeldzame aardelement neodymium (Nd) die de erosie van basalt in sedimentair gesteente volgen. We hebben ons vooral gericht op de bijdrage van geërodeerd basalt in schalies, dat zijn rotsformaties die zijn ontstaan ​​door continentale erosie.

Ook, we maten isotopen van het element strontium (Sr) in kalksteen, die de chemische samenstelling van oud zeewater registreren.

Uit dit werk ontdekten we dat basalterosie net voor de Sneeuwbal Aarde, was meer dan 100% groter dan wat we vandaag zien.

Dit basalt was afkomstig van drie prominente LIP's, die uitbarstte in een trapsgewijze reeks die 830 miljoen jaar geleden begon in Australië, 780 miljoen jaar geleden in Noord-Amerika en 720 miljoen jaar geleden in Noord-Canada. Alle drie deze LIP's braken uit in wat toen de equatoriale regio was, die snelle erosie bevordert als gevolg van warmere temperaturen en meer regenval.

Eindelijk, de impact van zwavelaërosolen die vrijkwamen door de grote stollingsprovincie Franklin in het noorden van Canada, net voor het begin van de ijstijd, kan ook verdere wereldwijde afkoeling hebben veroorzaakt.

Het is waarschijnlijk dat deze unieke samenloop van gebeurtenissen de planeet in een bevroren afgrond liet vallen.

Complexe interacties in het aardsysteem

Atmosferische kooldioxideniveaus en het wereldwijde klimaat worden gedurende lange tijd gereguleerd door de verwering van rotsen. In de loop van de geologische tijd (honderdduizenden jaren) werkt dit proces als een negatieve terugkoppeling op de toenemende koolstofdioxide in de atmosfeer. Wanneer hogere temperaturen leiden tot hogere verwering, het fungeert als een soort thermostaat voor de aarde.

Echter, dit werk toont aan dat de thermostaat van de aarde soms spectaculair kan falen:de uitbarsting van LIP's resulteerde in een sneeuwbalaarde.

Deze periode duurde van 720 tot 635 miljoen jaar geleden en staat bekend als de cryogenian. Het is een tijd van continentbreuk en markeert een belangrijke overgang van een wereld die wordt gedomineerd door bacteriën naar een wereld die wordt gedomineerd door meer complex leven.

Dit benadrukt de complexiteit van het aardsysteem en de onverwachte interacties tussen vulkanisme, klimaat en leven.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.