Australijscy geolodzy wykorzystali modelowanie płyt tektonicznych, aby określić, co najprawdopodobniej spowodowało ekstremalną epokę lodowcową w historii Ziemi, ponad 700 milionów lat temu.
Badanie opublikowane w czasopiśmie Geology pomaga nam zrozumieć działanie wbudowanego w Ziemię termostatu, który zapobiega utknięciu Ziemi w trybie przegrzania. Pokazuje także, jak wrażliwy jest globalny klimat na stężenie węgla w atmosferze.
„Wyobraźmy sobie, że Ziemia jest prawie całkowicie zamarznięta” – powiedziała główna autorka badania, stypendystka ARC Future Fellow, dr Adriana Dutkiewicz. „To właśnie wydarzyło się około 700 milionów lat temu: planeta była pokryta lodem od biegunów po równik, a temperatura spadła. Jednak to, co było tego przyczyną, pozostaje kwestią otwartą.
„Teraz uważamy, że rozwiązaliśmy zagadkę: historycznie niska emisja dwutlenku węgla z wulkanu, wspomagana przez wietrzenie dużej sterty skał wulkanicznych na terenach dzisiejszej Kanady; proces, który pochłania dwutlenek węgla z atmosfery”.
Inspiracją dla projektu były pozostałości polodowcowe pozostawione przez starożytne zlodowacenie z tego okresu, które można spektakularnie obserwować w Górach Flindersa w Australii Południowej.
Niedawna geologiczna wycieczka terenowa do Ranges, prowadzona przez współautora, profesora Alana Collinsa z Uniwersytetu w Adelajdzie, skłoniła zespół do wykorzystania modeli komputerowych EarthByte Uniwersytetu w Sydney do zbadania przyczyny i wyjątkowo długiego czasu trwania tej epoki lodowcowej.
Rozszerzona epoka lodowcowa, zwana także zlodowaceniem Sturtiana od XIX-wiecznego europejskiego odkrywcy kolonialnego środkowej Australii, Charlesa Sturta, trwała od 717 do 660 milionów lat temu, czyli na długo przed pojawieniem się dinozaurów i złożonego życia roślinnego na lądzie.
Dr Dutkiewicz powiedział: „Proponowano różne przyczyny wywołania i zakończenia tej ekstremalnej epoki lodowcowej, ale najbardziej tajemniczym aspektem jest to, dlaczego trwała ona 57 milionów lat – okres trudny dla nas, ludzi, do wyobrażenia”.
Zespół powrócił do modelu płyt tektonicznych, który pokazuje ewolucję kontynentów i basenów oceanicznych w czasie po rozpadzie starożytnego superkontynentu Rodina. Połączyli je z modelem komputerowym, który oblicza odgazowanie CO2 podwodnych wulkanów wzdłuż grzbietów śródoceanicznych – miejsc, w których płyty się rozchodzą i powstaje nowa skorupa oceaniczna.
Wkrótce zdali sobie sprawę, że początek epoki lodowcowej Sturtianu jest ściśle powiązany z rekordowo niską emisją CO2 z wulkanów. Ponadto odpływ CO2 pozostawał stosunkowo niski przez cały czas trwania epoki lodowcowej.
Dr Dutkiewicz powiedział: „W tamtym czasie na Ziemi nie było zwierząt wielokomórkowych ani roślin lądowych. Stężenie gazów cieplarnianych w atmosferze było prawie całkowicie podyktowane odgazowaniem CO2 z wulkanów oraz procesami wietrzenia skał krzemianowych, które pochłaniają CO2”.
Współautor, profesor Dietmar Müller z Uniwersytetu w Sydney, powiedział: „Geologia rządziła klimatem w tym czasie. Uważamy, że epoka lodowcowa w Sturtii rozpoczęła się w wyniku podwójnego uderzenia: reorganizacja tektoniczna płyt ograniczyła odgazowanie wulkanów do minimum, a jednocześnie kontynentalna prowincja wulkaniczna w Kanadzie zaczęła ulegać erozji, pochłaniając CO2 z atmosfery.
„W rezultacie poziom CO2 w atmosferze spadł do poziomu, przy którym rozpoczyna się zlodowacenie – który szacujemy na poniżej 200 części na milion, czyli mniej niż połowę dzisiejszego poziomu”.
Praca zespołu rodzi intrygujące pytania dotyczące długoterminowej przyszłości Ziemi. Najnowsza teoria głosi, że w ciągu następnych 250 milionów lat Ziemia ewoluuje w kierunku Pangea Ultima, superkontynentu tak gorącego, że ssaki mogą wyginąć.
Jednak Ziemia znajduje się obecnie na trajektorii niższych emisji CO2 z wulkanów, w miarę nasilania się zderzeń kontynentalnych i zwalniania płyt. Być może więc Pangea Ultima ponownie zamieni się w kulę śnieżną.
Dr Dutkiewicz powiedział: „Bez względu na przyszłość, należy pamiętać, że geologiczne zmiany klimatu, jakie tu badamy, zachodzą niezwykle powoli. Według NASA zmiany klimatyczne wywołane działalnością człowieka postępują w tempie 10 razy szybszym niż obecnie” – powiedział dr Dutkiewicz. widział.”