Tierra Bola de Nieve
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Tierra Bola de Nieve
La Tierra Bola de Nieve hipótesis postula que la Tierra superficie 's se convirtió completamente o casi completamente congelado al menos una vez, algún tiempo antes que 650 Ma (millones de años atrás). Los defensores de la hipótesis sostienen que explica mejor sedimentarias depósitos generalmente considerados como de origen glacial a tropicales paleolatitudes , y otras características de lo contrario enigmáticas del geológica registro. Los detractores de la hipótesis cuestionan las implicaciones de la evidencia geológica de glaciación global, la viabilidad geofísica de un hielo - o aguanieve océano, y la dificultad de escapar de una condición totalmente congelado. Hay una serie de preguntas sin respuesta, incluyendo si la Tierra era una bola de nieve completo, o un "slushball" con una banda ecuatorial delgada de aguas abiertas (o estacionalmente libre).
Los marcos de tiempo geológicas situadas en consideración vienen antes de la multiplicación repentina de formas de vida en la Tierra conocida como la explosión del Cámbrico , y el más reciente episodio de bola de nieve pueden haber desencadenado la evolución de la vida multicelular en la Tierra. Otra, mucho antes y por más tiempo, el episodio de bola de nieve, la Glaciación Huroniana, ocurrido 2400-2100 Ma pudo haber sido provocado por la catástrofe oxígeno.
Historia
Douglas Mawson (1882-1958), un geólogo y explorador antártico australiano, pasó gran parte de su carrera a estudiar la Neoproterozoico estratigrafía de Australia del Sur, donde se identificó sedimentos gruesos y extensos glaciares y al final de su carrera especuló sobre la posibilidad de glaciación global.
Ideas de Mawson de glaciación global, sin embargo, se basan en la suposición errónea de que la posición geográfica de Australia, y la de otros continentes donde se encuentran los depósitos glaciares de latitudes bajas, se ha mantenido constante a través del tiempo. Con el avance de la hipótesis de la deriva continental, y, finalmente, las placas tectónicas teoría, llegó una explicación fácil para los sedimentos que se depositaron glaciogénicos en un punto en el tiempo cuando los continentes estaban en latitudes más altas.
En 1964, la idea de glaciación a escala mundial volvió a surgir cuando W. Brian Harland publicó un documento en el que presentó datos paleomagnéticos que muestran que los glaciares tillitas en Svalbard y Groenlandia se depositaron en las latitudes tropicales. A partir de estos datos paleomagnético, y la evidencia sedimentológico que los sedimentos glaciales interrumpen sucesiones de rocas comúnmente asociados con tropicales y templadas latitudes, abogó por una edad de hielo que era tan extremo que dio lugar a la deposición de rocas glaciares marinos en las zonas tropicales.
En la década de 1960, Mikhail Budyko, climatólogo ruso, desarrolló un modelo simple clima de balance de energía para investigar el efecto de la capa de hielo en mundial climático . Usando este modelo, Budyko encontró que si las capas de hielo avanzaron lo suficientemente lejos de las regiones polares, un bucle de retroalimentación se produjo cuando el aumento de la reflectividad ( albedo ) del hielo provocó un enfriamiento adicional y la formación de más hielo, hasta que toda la tierra estaba cubierta en el hielo y se estabilizó en un nuevo equilibrio cubierto de hielo. Mientras que el modelo de Budyko mostró que esta estabilidad hielo-albedo podría suceder, concluyó que nunca había sucedido, porque su modelo no ofreció ninguna manera de escapar de este escenario.
El término "Tierra Bola de Nieve" fue acuñado por Joseph Kirschvink, profesor de geobiología en el Instituto de Tecnología de California, en un breve documento publicado en 1992 dentro de un largo volumen sobre la biología de la Eón Proterozoico. Las principales contribuciones de este trabajo fueron: (1) el reconocimiento de que la presencia de formaciones de hierro bandeado es consistente con un episodio tan glacial y (2) la introducción de un mecanismo con el que escapar de una cubierta de hielo de la Tierra-la acumulación de CO 2 de desgasificación volcánica conduce a un efecto ultra-invernadero.
El descubrimiento de Franklyn Van Houten de un patrón geológico consistente en que los niveles del lago se levantaron y cayeron ahora se conoce como el "ciclo de Van Houten." Sus estudios de depósitos de fósforo y formaciones de hierro bandeado en sedimentos él un adherente a principios de la hipótesis "Tierra Bola de Nieve", postulando que la superficie del planeta se congeló hace más de 650 millones de años hizo.
El interés en la Tierra Bola de Nieve aumentó dramáticamente después Paul F. Hoffman, profesor de geología en Universidad de Harvard y co-autores aplicaron las ideas de Kirschvink a una sucesión de sedimentos neoproterozoicas en Namibia , elaborados en la hipótesis mediante la incorporación de las observaciones que la ocurrencia de carbonatos capitalización, y publicaron sus resultados en la revista Science en 1998.
Actualmente, los aspectos de la hipótesis siguen siendo controvertidas y se están debatiendo bajo los auspicios del Programa Internacional de Ciencias de la Tierra (PICG) Proyecto 512: neoproterozoicas Edades de Hielo.
En marzo de 2010, la revista Science publicó un artículo "Calibración de la Criogénico ", que llegó a la conclusión de que" Ice fue, por tanto, a tierra bajo el nivel del mar en paleolatitudes muy bajos, lo que implica que la glaciación Sturtian era global en la medida ". Un relato popular de esta conclusión se publicó en Science Daily.
Evidencia
La hipótesis Tierra Bola de Nieve fue originalmente ideado para explicar la aparente presencia de glaciares en latitudes tropicales. Modelado sugirió que una vez que los glaciares se extendió a dentro de 30 ° del ecuador, un hielo-albedo retroalimentación resultaría en el hielo que avanza rápidamente hacia el ecuador (de modelización muestra que el hielo puede, de hecho, llegar lo más cerca 25 ° o más cerca del ecuador sin iniciar glaciación total). Por lo tanto, la presencia de depósitos glaciares aparentemente dentro de los trópicos parecía apuntar a la capa de hielo global.
Críticas a una evaluación de la validez de la teoría, por lo tanto, es una comprensión de la fiabilidad y la importancia de las pruebas que llevaron a la creencia de que el hielo nunca llegó a los trópicos. Esta evidencia debe demostrar dos cosas:
- que un cuarto contiene estructuras sedimentarias que podrían haber sido creados sólo por la actividad glacial;
- que la cama estaba dentro de los trópicos en que fue depositado.
Durante un período de glaciación global, sino que también debe demostrarse que los glaciares estaban activos en distintos lugares del mundo, al mismo tiempo, y que no hay otros depósitos de la misma edad están en existencia.
Este último punto es muy difícil de probar. Antes de Ediacara, los marcadores biostratigráficas generalmente utilizados para correlacionar rocas están ausentes; por lo tanto, no hay manera de probar que las rocas en lugares diferentes de todo el mundo fueron depositados en el mismo tiempo. Lo mejor que se puede hacer es estimar la edad de las rocas utilizando métodos radiométricos, que son raramente exacto o menos mejor que un millón de años.
Los dos primeros puntos son a menudo la fuente de la discordia en una base de caso por caso. Muchas características glaciales también pueden ser creados por medios no-glaciales, y la estimación de la latitud de masas, incluso tan poco como 200 Hace millones de años puede ser plagado de dificultades.
Paleomagnetismo
La hipótesis Tierra Bola de Nieve se postuló por primera vez en el fin de explicar lo que entonces se consideraban depósitos glaciares cerca del ecuador. Puesto que las placas tectónicas se mueven en el tiempo, precisar su ubicación en un punto dado de la historia no es fácil. Además de las consideraciones de cómo las masas reconocibles pudieron encajar, la latitud en la que se depositó una roca puede verse limitada por paleomagnetismo.
Cuando las rocas sedimentarias se forman, minerales magnéticos dentro de ellas tienden a alinearse con el campo magnético de la Tierra. A través de la medición precisa de este paleomagnetismo, es posible estimar la latitud (pero no la longitud) donde se depositó la matriz de la roca. Mediciones paleomagnéticos han indicado que algunos sedimentos de origen glacial en el Disco de rock Neoproterozoico fueron depositados dentro de los 10 grados del ecuador, aunque la precisión de esta reconstrucción está en cuestión. Esta ubicación paleomagnético de sedimentos aparentemente glacial (tales como dropstones) se ha llevado a sugerir que los glaciares extendidos a nivel del mar en las latitudes tropicales. No está claro si esto puede interpretarse en el sentido de una glaciación global, o la existencia de localizados, regímenes glaciales posiblemente sin litoral. Otros incluso han sugerido que la mayoría de los datos no restringen los depósitos glaciales que dentro de 25 ° de la línea ecuatorial.
Los escépticos sugieren que los datos paleomagnéticos podrían ser dañados si el campo magnético de la Tierra era sustancialmente diferente de la actual. Dependiendo de la velocidad de enfriamiento del núcleo de la Tierra, es posible que durante el Proterozoico, su campo magnético no aproximarse a una distribución dipolar, con un polo norte y el sur más o menos alineado con el eje del planeta como lo hacen hoy. En su lugar, un núcleo más caliente puede haber circulado más vigorosamente y dado lugar a 4, 8 o más polos. Los datos paleomagnéticos entonces tendrían que ser re-interpretado como partículas podrían alinear apuntando a un 'West Pole "en lugar de el Polo Norte. Alternativamente, el campo dipolar de la Tierra podría haber orientado de tal manera que los polos estaban cerca de la línea ecuatorial. Esta hipótesis ha sido postulado para explicar el extraordinariamente rápido movimiento de los polos magnéticos implicados por el registro paleomagnético Ediacaran; el presunto movimiento del polo norte se produciría alrededor del mismo tiempo que la glaciación Gaskiers.
Otra debilidad de la confianza en los datos paleomagnético es la dificultad de determinar si la señal magnética grabada es original, o si se ha restablecido por la actividad posterior. Por ejemplo, una formación de montañas comunicados orogenia de agua caliente como un subproducto de reacciones metamórficas; esta agua pueda circular a las rocas a miles de kilómetros de distancia y restablecer su firma magnética. Esto hace que la autenticidad de las rocas mayores de unos pocos millones de años difíciles de determinar sin observaciones mineralógicas concienzudos. Por otra parte, aún se están acumulando pruebas de que los acontecimientos remagnetización a gran escala han tenido lugar, que puede requerir la revisión de la posición de los polos paleomagnéticos.
Actualmente sólo hay un depósito, el depósito Elatina de Australia, que fue depositado indudablemente en las latitudes bajas; su fecha de deposición es bien limitado, y la señal es demostrablemente originales.
Depósitos glaciares de latitudes bajas
Las rocas sedimentarias que son depositados por los glaciares tienen características distintivas que permiten su identificación. Mucho antes de la llegada de la Tierra Bola de Nieve Hipótesis de muchos Sedimentos neoproterozoicas habían sido interpretadas como teniendo un origen glaciar, incluyendo algunas aparentemente en latitudes tropicales en el momento de su deposición. Sin embargo, vale la pena recordar que muchos rasgos sedimentarios asociados tradicionalmente a los glaciares pueden formarse también por otros medios. Así, el origen glaciar de muchos de los acontecimientos clave de la bola de nieve de la Tierra ha sido impugnada. A partir de 2007, sólo había una "muy fiable" - sigue siendo desafiado - punto de referencia identificar tropical tillitas, lo que hace que las declaraciones de la cubierta de hielo ecuatorial poco presuntuoso. Sin embargo la evidencia de glaciación del nivel del mar en los trópicos durante el Sturtian está acumulando. La evidencia de posible origen glaciar de sedimentos incluye:
- Dropstones (piedras cayeron en sedimentos marinos), que pueden ser depositados por los glaciares y otros fenómenos.
- Varvas (capas de sedimentos anuales en lagos periglaciares), que puede formar a temperaturas más altas.
- Estrías glacial (formados por rocas embebidas rasparon contra la roca madre): estrías similares son de vez en cuando formado por flujos de lodo o movimientos tectónicos.
- Diamictitas (conglomerados pobremente clasificados). Originalmente descrita como glacial hasta que, la mayoría eran de hecho formada por flujos de escombros.
Depósitos de aguas abiertas
Parece que algunos depósitos formados durante el período de la bola de nieve podrían sólo se han formado en la presencia de un ciclo hidrológico activo. Bandas de depósitos glaciales hasta 5.500 metros de espesor, separados por pequeñas (metros) bandas de sedimentos no glaciales, demuestran que los glaciares se derriten y re-formar repetidamente para decenas de millones de años; océanos sólidos no permitirían esta escala de deposición. Se considera posible que corrientes de hielo, como se ven en la Antártida hoy podrían ser responsables de estas secuencias. Además, las características sedimentarias que sólo podían formarse en aguas abiertas, por ejemplo ondulaciones de la onda-formados, viajaron lejos- escombros y los indicadores de actividad fotosintética techo elevado de hielo, se puede encontrar a lo largo de los sedimentos que datan de los períodos Tierra Bola de Nieve. Aunque éstas pueden representar 'oasis' de agua de deshielo en una Tierra completamente congelado, modelado por ordenador sugieren que grandes áreas del océano deberán haber permanecido sin hielo argumentando que una bola de nieve "dura" no es plausible en términos de balance de energía y modelos de circulación general.
Proporciones de isótopos de carbono
Hay dos estables isótopos de carbono en el agua de mar : carbono-12 (C 12) y el raro carbono-13 (13C), que representa aproximadamente el 1,109 por ciento de los átomos de carbono.
Los procesos bioquímicos, de los que la fotosíntesis es uno, tienden a incorporar preferentemente el encendedor 12 C isótopos. Así fotosintetizadores que habitan el océano, tanto protistas y algas , tienden a agotarse muy ligeramente en 13 C, en relación con la abundancia que se encuentra en las primarias volcánicas fuentes de carbono de la Tierra. Por lo tanto, un océano con la vida fotosintética tendrá un 13 C proporción inferior / 12 C dentro de restos orgánicos, y una proporción menor en el agua del océano correspondiente. El componente orgánico de los sedimentos Lithified se quedará para siempre muy ligeramente, pero mensurable, empobrecido en 13 C.
Durante el episodio propuesta de Tierra Bola de Nieve, hay excursiones negativas rápidos y extremos en la proporción de 13 C a 12 C. Esto es consistente con una congelación profunda que mató a la mayoría o casi todos fotosintética vida - aunque otros mecanismos, tales como liberación de clatratos, también puede causar este tipo de perturbaciones. Un análisis más pormenorizado de las fechas de 13 C 'picos' de los depósitos en todo el mundo permite el reconocimiento de cuatro, posiblemente cinco, eventos glaciales en la tarde Neoproterozoico.
Formaciones de hierro bandeado
Formaciones de hierro bandeado (BIF) son rocas sedimentarias de capas óxido de hierro y la deficiencia de hierro sílex. En presencia de oxígeno, el hierro se oxida de forma natural y se vuelve insoluble en agua. Las formaciones de hierro bandeado son comúnmente muy antiguo y su deposición a menudo se relacionan con la oxidación de la atmósfera de la Tierra durante el Era Paleoproterozoic, hierro cuando se disuelve en el océano entró en contacto con fotosintéticamente producido oxígeno y precipitó en forma de óxido de hierro.
Las bandas se produjeron en el punto de inflexión entre un anóxica y un océano oxigenada. Puesto que la atmósfera de hoy en día es oxígeno rico (casi el 21 por ciento en volumen) y en contacto con los océanos, no es posible acumular suficiente óxido de hierro para depositar una formación en bandas. Las únicas formaciones de hierro extensos que fueron depositados después de la Paleoproterozoic (después de hace 1800 millones años) se asocian con Depósitos glaciales Criogénico.
Para este tipo de rocas ricas en hierro que se depositen allí tendría que ser la anoxia en el océano, el hierro de manera que gran disuelto (como óxido ferroso) se puedan acumular antes de que se reunió un oxidante que precipitaría como óxido férrico. Por el océano para convertirse anóxico debe tener el intercambio de gases con la atmósfera limitada oxigenada. Los defensores de la hipótesis sostienen que la reaparición del BIF en el registro sedimentario es el resultado de los niveles de oxígeno limitadas en un océano sellado por el hielo del mar, mientras que los opositores sugieren que la rareza de los depósitos BIF puede indicar que se forman en los mares interiores.
Al estar aislado de los océanos, lagos de este tipo pueden haber estado estancada y anóxica en profundidad, al igual que el actual Mar Negro ; una entrada suficiente de hierro podría proporcionar las condiciones necesarias para la formación del BIF. Una dificultad adicional al sugerir que BIF marcó el fin de la glaciación es que se encuentran intercaladas con sedimentos glaciales. BIF también son sorprendentemente ausente durante la glaciación Marinoan.
Cap rocas carbonatadas
Alrededor de la parte superior de Depósitos glaciales neoproterozoicas existe comúnmente una transición brusca en un sedimentaria químicamente precipitado piedra caliza o metros dolomía a decenas de metros de espesor. Estos carbonatos tapa a veces se producen en las sucesiones sedimentarias que no tienen otras rocas carbonatadas, lo que sugiere que su deposición es resultado de una aberración profunda en la química del océano.
Estos carbonatos PAC han composición química inusual, así como estructuras sedimentarias extraños que a menudo se interpretan como grandes ondulaciones. La formación de este tipo de rocas sedimentarias podría ser causada por una gran afluencia de carga positiva iones , como sería producido por meteorización rápida durante el invernadero extrema después de un evento Tierra Bola de Nieve. La δ 13 C firma isotópica de los carbonatos tapa está cerca de -5 ‰, en consonancia con el valor del manto - un valor tan bajo es generalmente / podría ser tomado para significar una ausencia de vida, ya que la fotosíntesis generalmente actúa para elevar el valor; alternativamente, la liberación de los depósitos de metano podría haber bajado desde un valor superior, y contrarrestar los efectos de la fotosíntesis.
El mecanismo preciso implicado en la formación de carbonatos tapón no está claro, pero la explicación más citada sugiere que en la fusión de una bola de nieve de la Tierra, el agua se disolvería la abundante CO 2 de la atmósfera para formar ácido carbónico, que caería como la lluvia ácida . Esto de intemperie silicato y carbonato de roca (incluyendo residuos glaciales atacado fácilmente), la liberación de grandes cantidades de calcio , que cuando se lava en el océano formaría capas distintivamente textura de rocas sedimentarias carbonatadas. Como un abiótico " carbonato de tope "sedimento se puede encontrar en la parte superior del glaciar hasta que dio lugar a la hipótesis de Tierra Bola de Nieve.
Sin embargo, hay algunos problemas con la designación de un origen glacial para limitar carbonatos. En primer lugar, la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera haría que los océanos se vuelva ácida, y disolver cualquier carbonatos contenidos en - absolutamente contradictorias con la deposición de carbonatos capitalización. Además, el espesor de algunos carbonatos capitalización está muy por encima de lo que razonablemente se podría producir en las glaciaciones relativamente rápidos. La causa se debilita aún más por la falta de carbonatos de cabeza por encima de muchas secuencias de origen glaciar claro a la misma hora y la presencia de carbonatos similares dentro de las secuencias de origen glacial propuesta. Un mecanismo alternativo, que puede haber producido la Doushantuo carbonato tapa al menos, es la liberación rápida y generalizada de metano. Esto explica increíblemente bajos - características sedimentarias inusuales, así como que parecen haber sido formadas por el flujo de gas a través de los sedimentos - tan bajo como -48 ‰ - valores de δ 13 C.
Cambio de acidez
Isótopos del elemento boro sugieren que la pH de los océanos cayó dramáticamente antes y después de la Glaciación Marinoan. Esto puede indicar una acumulación de dióxido de carbono en la atmósfera, algunos de los cuales se disolvería en los océanos para formar ácido carbónico. Aunque las variaciones de boro pueden ser evidencia de un cambio climático extremo, que no deben conllevar necesariamente una glaciación global.
El polvo espacial
La superficie de la Tierra está muy agotado en el elemento iridio , que reside principalmente en el Núcleo de la Tierra. La única fuente significativa del elemento en la superficie es partículas cósmicas que llegan a la Tierra. Durante una Tierra Bola de Nieve, el iridio se acumularía en las capas de hielo, y cuando el hielo se derritió la capa resultante de los sedimentos sería rico en iridio. Una anomalía de iridio se ha descubierto en la base de las formaciones de carbonato de tapa, y se ha utilizado para sugerir que el episodio glacial duró al menos 3 millones de años, pero esto no implica necesariamente una extensión global de la glaciación; de hecho, una anomalía similar podría ser explicado por el impacto de un gran meteorito.
Fluctuaciones climáticas cíclicas
Usando la relación de los teléfonos cationes a los que permanecen en el suelo durante meteorización química (el índice químico de alteración), se ha demostrado que la meteorización química varió de manera cíclica dentro de una sucesión de los glaciares, el aumento durante los periodos interglaciares y disminuyendo durante los períodos glaciales frías y áridas. Este patrón, si un fiel reflejo de los acontecimientos, sugiere que las "bolas de nieve Tierras" se parecía más fuerte para Pleistoceno edad de hielo ciclos que a una Tierra completamente congelado.
Lo que es más, los sedimentos glaciales de la Portaskaig formación en Escocia muestran claramente ciclos intercalaciones de sedimentos marinos glaciales y de poca profundidad. La importancia de estos depósitos es muy confiado sobre su datación. Sedimentos glaciales son difíciles hasta la fecha, y la cama de fecha más cercana al grupo Portaskaig es de 8 Km estratigráficamente por encima de las camas de interés. Su datación a 600 Ma significa que las camas se pueden correlacionar tentativamente a la glaciación Sturtian, pero puede representar el avance o el retroceso de una Tierra Bola de Nieve.
Mecanismos
La iniciación de un evento de la bola de nieve de la Tierra implicaría algún mecanismo de enfriamiento inicial, lo que resultaría en un aumento de la cobertura de nieve y hielo de la Tierra. El aumento de la cobertura de nieve y hielo, a su vez aumentar la de la Tierra de la Tierra albedo , lo que resultaría en retroalimentación positiva para el enfriamiento. Si suficiente nieve y el hielo se acumula, se traduciría refrigeración fugitivo. Esta retroalimentación positiva se ve facilitada por una distribución continental ecuatorial, lo que permitiría el hielo se acumule en las regiones más cercanas al ecuador, donde la radiación solar es más directa.
Muchos mecanismos desencadenantes posibles podrían explicar el comienzo de una bola de nieve de la Tierra, como la erupción de un supervolcán, una reducción en la concentración atmosférica de gases de efecto invernadero , como el metano y / o dióxido de carbono , los cambios en la producción de energía solar , o perturbaciones del La órbita de la Tierra. Independientemente del gatillo, los resultados de enfriamiento inicial en un aumento en el área de la superficie de la tierra cubierta por el hielo y la nieve, y el hielo adicional y la nieve refleja más energía solar de vuelta al espacio, además enfriar la Tierra y aumentar aún más el área de la Tierra de superficie cubierta por el hielo y la nieve. Este bucle de retroalimentación positiva podría eventualmente producir un helado ecuador tan frío como hoy en día la Antártida .
El calentamiento global asociado con grandes acumulaciones de dióxido de carbono en la atmósfera durante millones de años, emitidos principalmente por la actividad volcánica, es el disparador propuesto para la fusión de una Tierra Bola de Nieve. Debido a la retroalimentación positiva para la fusión, la eventual fusión de la nieve y el hielo que cubre la mayor parte de la superficie de la Tierra requeriría tan sólo 1.000 años.
Distribución Continental
Una distribución tropical de los continentes es, tal vez contra-intuitiva, necesaria para permitir el inicio de una Tierra Bola de Nieve. En primer lugar, los continentes tropicales son más reflectante que el océano abierto, y por lo tanto absorben menos el calor del sol: mayoría de la absorción de la energía solar en la Tierra hoy en día se produce en los océanos tropicales.
Además, los continentes tropicales están sujetos a más lluvias, lo que conduce a un aumento de la descarga del río - y la erosión. Cuando se expone al aire, rocas de silicato se someten a la intemperie reacciones que eliminan dióxido de carbono de la atmósfera. Estas reacciones ocurren en la forma general: mineral de la roca de formación + CO2 + H2O → cationes + bicarbonato + SiO2. Un ejemplo de tal reacción es la erosión de las wollastonita:
- CaSiO3 + 2CO 2 + H 2 O → Ca 2+ + SiO2 + 2HCO 3 -
Los liberados de calcio cationes reaccionan con el disuelto bicarbonato en el océano para formar carbonato de calcio como químicamente precipitado roca sedimentaria . Esto transfiere dióxido de carbono , un gas de efecto invernadero, desde el aire en el geosfera, y, en el estado de equilibrio en escalas de tiempo geológicas, compensa el dióxido de carbono emitido por los volcanes a la atmósfera.
Una escasez de sedimentos apropiados para el análisis hace que la distribución continental preciso durante el Neoproterozoico difícil de establecer. Algunas reconstrucciones apuntan hacia continentes polares - que han sido una característica de todos los otros grandes glaciaciones, proporcionando un punto en el que el hielo puede nucleada. Cambios en los patrones de circulación oceánica pueden entonces han proporcionado el gatillo de Tierra Bola de Nieve.
Otros factores que pueden haber contribuido a la aparición de la bola de nieve Neoproterozoic incluyen la introducción de oxígeno libre atmosférica, que puede haber alcanzado cantidades suficientes para reaccionar con metano en la atmósfera, oxidando en dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero mucho más débil, y una más joven - por lo tanto más débil - el sol, lo que habría emitido el 6 por ciento menos de radiación en el Neoproterozoico.
Normalmente, cuando la Tierra se enfría debido a las fluctuaciones y los cambios en la radiación solar entrante climáticas naturales, el enfriamiento reduce estas reacciones de meteorización. Como resultado, menos dióxido de carbono se elimina de la atmósfera y la Tierra se calienta como se acumula este gas de efecto invernadero - esto ' proceso de retroalimentación negativa "limita la magnitud de refrigeración. Durante el Período Criogénico, sin embargo, los continentes de la Tierra eran todos a tropicales latitudes, lo que hizo este proceso de moderación menos eficaces, como las altas tasas de meteorización continuaron en tierra aun cuando la Tierra se enfrió. Esto permite avanzar hielo más allá de las regiones polares. Una vez avanzado el hielo dentro de 30 ° del ecuador, una retroalimentación positiva podrían derivarse de tal manera que el aumento de la reflectividad ( albedo ) del hielo provocó un enfriamiento adicional y la formación de más hielo, hasta que toda la tierra está cubierta de hielo.
Continentes polares, debido a las bajas tasas de la evaporación, son demasiado seco para permitir la deposición de carbono sustancial - restringir la cantidad de dióxido de carbono atmosférico que puede ser retirado de la El ciclo del carbono. Un aumento gradual de la proporción del isótopo carbono-13 en relación con el carbono-12 en los sedimentos que datan de antes de glaciación "global" indica que el CO 2 draw-down antes de la bola de nieve Tierras fue un proceso lento y continuo.
El inicio de la bola de nieve Tierras siempre están marcados por una fuerte caída en el valor de δ 13 C de sedimentos, un sello distintivo que puede ser atribuido a una caída en la productividad biológica como consecuencia de las bajas temperaturas y los océanos cubiertos de hielo.
Durante el periodo de congelación
La temperatura global cayó tan bajo que el ecuador era tan frío como hoy en día la Antártida . Esta baja temperatura se mantuvo por el hielo reflectante, su alto albedo que resulta en mayor cantidad de energía solar entrante se refleja hacia el espacio. A falta de nubes de retención de calor, causada por el vapor de agua helada fuera de la atmósfera, amplifica este efecto.
Salir de la glaciación global
Los dióxido de carbono los niveles necesarios para descongelar la Tierra se han estimado como 350 veces más de lo que son hoy en día, alrededor del 13% de la atmósfera. Dado que la Tierra fue casi completamente cubierto de hielo, dióxido de carbono no pudo ser retirada de la atmósfera por la liberación de iones de metal alcalino a la intemperie de rocas silíceas. Durante 4-30000000 años suficiente CO 2 y metano , emitido principalmente por los volcanes , se acumularían para finalmente causar efecto invernadero lo suficiente para que se derrita el hielo de superficie en los trópicos hasta una banda de terreno permanentemente libre de hielo y agua desarrollado; esto sería más oscuro que el hielo, y así absorber más energía del sol - iniciar un " retroalimentación positiva ".
En los continentes, el derretimiento de los glaciares podría liberar enormes cantidades de depósito glacial, que erosionaría y el clima. Los sedimentos resultantes suministrados al océano serían altos en nutrientes como el fósforo , lo que combinado con la abundancia de CO 2 pondrían en marcha un cianobacterias explosión de la población, lo que causaría una relativamente rápida reoxigenación de la atmósfera, lo que puede haber contribuido al aumento de la Ediacaran biota y la posterior explosión del Cámbrico - una mayor concentración de oxígeno que permite grandes formas de vida multicelulares se desarrollen. Este bucle de retroalimentación positiva se derretiría el hielo en poco tiempo geológico, quizás menos de 1.000 años; reposición del oxígeno atmosférico y el agotamiento de los niveles de CO 2 tomaría más milenios.
La desestabilización de los depósitos sustanciales de hidratos de metano encerrados en latitudes bajas permafrost también puede haber actuado como desencadenante y / o fuerte retroalimentación positiva para deglaciación y el calentamiento.
Es posible que los niveles de dióxido de carbono cayeron suficiente para la Tierra para congelar de nuevo; Este ciclo puede haber repetido hasta que el continentes se habían desplazado hacia latitudes más polares.
La evidencia más reciente sugiere que con temperaturas más frías oceánicas, mayor es la capacidad resultante de los océanos para disolver los gases condujo al contenido de carbono del agua de mar que se oxida más rápidamente a dióxido de carbono. Esto nos lleva directamente a un aumento de dióxido de carbono en la atmósfera, mayor calentamiento de efecto invernadero de la superficie de la Tierra, y la prevención de un estado de bola de nieve total.
Slushball Tierra Hipótesis
Mientras que la presencia de los glaciares no se discute, la idea de que todo el planeta estaba cubierto de hielo es más discutible, lo que lleva a algunos científicos a postular una "slushball Tierra", en la que una banda de, o delgada de hielo sin hielo, aguas restos alrededor del ecuador , lo que permite un continuo ciclo hidrológico .
Esta hipótesis hace un llamamiento a los científicos que observan ciertas características del registro sedimentario que sólo puede ser formado bajo el agua abierta, o rápidamente el hielo (que requeriría un lugar para pasar a libre de hielo) en movimiento. La investigación reciente observó ciclicidad geoquímica en rocas clásticas, que muestran que los períodos de "bola de nieve" fueron interrumpidas por períodos cálidos, similar a la edad de hielo ciclos en la historia reciente de la Tierra. Los intentos de construir modelos informáticos de una bola de nieve de la Tierra también se han esforzado para acomodar cobertura global hielo sin cambios fundamentales en las leyes y constantes que rigen el planeta.
A menos extrema hipótesis Tierra bola de nieve consiste en continua evolución configuraciones continentales y los cambios en la circulación oceánica. Pruebas Sintetizado ha producido modelos que indican una "Tierra slushball", en el que el registro estratigráfico no permite postular glaciaciones globales completas. La hipótesis original de Kirschivink había reconocido que sería de esperar que existir en una tierra de bola de nieve calientes charcos tropicales.
La hipótesis Tierra Bola de Nieve no explica la alternancia de eventos glaciales e interglaciales, ni la oscilación de los márgenes de la hoja de glaciares; por lo tanto, el modelo de la Tierra slushball parece ser un mejor ajuste que el modelo de Tierra Bola de Nieve.
Controversia científica
El argumento en contra de la hipótesis es una prueba de fluctuación en la cubierta de hielo y el deshielo durante depósitos "Tierra Bola de Nieve". La evidencia de tal fusión proviene de la evidencia de dropstones glaciales, evidencia geoquímica de ciclicidad climático y sedimentos marinos de origen glaciar y poco profundas intercaladas. Un registro más largo de Omán, limitada a 13 ° N, abarca el período comprendido entre hace 712-545000000 <br> años - un período de tiempo que contiene la Glaciaciones Sturtian y Marinoan - y muestra tanto glacial y deposición libre de hielo.
Ha habido dificultades en la recreación de una bola de nieve de la Tierra con los modelos climáticos globales . MCG simples con océanos mixta capas se pueden hacer para congelar al ecuador; un modelo más sofisticado con un océano dinámico completo (aunque sólo un modelo de hielo marino primitivo) no logró formar hielo marino del ecuador. Además, los niveles de CO 2 necesario para fundir una capa de hielo mundial se han calculado en 130.000 ppm, que es considerado por algunos como excesivamente grande.
Datos isotópicos de estroncio se han encontrado para estar en contradicción con los modelos de la Tierra bola de nieve de la parada meteorización silicato de propuestas durante la glaciación y rápidas tasas inmediatamente posterior a la glaciación. Por lo tanto, la liberación de metano del permafrost durante transgresión marina se propuso ser el origen de la gran excursión de carbono medido en el tiempo inmediatamente después de la glaciación.
Hipótesis de la "brecha de la cremallera"
Nick Eyles sugieren que el Neoproterozoico Tierra Bola de Nieve, de hecho, no es diferente de cualquier otra glaciación en la historia de la Tierra, y que los esfuerzos para encontrar una sola causa son propensos a terminar en fracaso. La hipótesis de la "brecha de la cremallera" propone dos pulsos de continental "descomprimir" - primero, la ruptura del supercontinente Rodinia, formando el océano proto-Pacífico; entonces la división del continente Baltica de Laurentia, formando el proto-Atlántico - coincidió con los períodos glaciares. El levantamiento tectónico asociado formaría altas mesetas, así como el Rift de África Oriental se encarga de alta topografía; esta tierra alta podría entonces sede de los glaciares.
Formaciones de hierro en bandas se han tomado como prueba ineludible para la cubierta de hielo del planeta, ya que requieren disuelven iones de hierro y aguas anóxicas para formar; Sin embargo, la limitada extensión del Neoproterozoico congregado depósitos de hierro significa que es posible que no se han formado en los océanos congelados, sino en mares interiores. Tales mares pueden experimentar una amplia gama de químicas; altas tasas de evaporación podrían concentrar iones de hierro, y la falta periódica de la circulación podrían permitir que el agua de fondo anóxico para formar.
Rifting continental, con subsidencia asociada, tiende a producir dichos cuerpos de agua sin litoral. Esta dislocación, y el hundimiento asociado, producirían el espacio para la deposición rápida de los sedimentos, negando la necesidad de una inmensa y rápida fusión de elevar los niveles globales del mar.
Hipótesis de alta oblicuidad
Una teoría que compiten para explicar la presencia de hielo en los continentes ecuatoriales era que de la Tierra inclinación axial era bastante alto, en las proximidades de 60 °, lo que colocaría a la tierra de la Tierra en "latitudes" altos, a pesar de evidencia de apoyo es escaso. Una posibilidad menos extrema sería que se trataba simplemente de la Tierra de polo magnético que vagó a esta inclinación, ya que las lecturas magnéticas que sugerían continentes llenos de hielo depende de los polos magnéticos y de rotación son relativamente similares. En cualquiera de estas dos situaciones, la congelación se limitaría a áreas relativamente pequeñas, como es el caso hoy en día; cambios graves en el clima de la Tierra no son necesarios.
Intercambio inercial desplazamiento polar verdadero
La evidencia de baja latitud depósitos glaciales durante los supuestos episodios Snowball Earth ha sido reinterpretada a través del concepto de intercambio inercial desplazamiento polar verdadero (IITPW). Esta teoría, creado para explicar los datos paleomagnético, sugiere que el eje de la Tierra de giro desplazado una o más veces durante el período de tiempo en general atribuido a Tierra Bola de Nieve. Esto podría producir factible la misma distribución de los depósitos glaciales, sin necesidad de que ninguno de ellos se han depositado en la latitud ecuatorial. Mientras que la física detrás de la proposición es el sonido, la eliminación de un punto de datos defectuoso del estudio original dictado la aplicación del concepto en estas circunstancias no justificadas.
Se han propuesto varias explicaciones alternativas para las pruebas.
La supervivencia de la vida a través de períodos congelados
Un gran glaciación reduciría la vida vegetal en la Tierra, por lo tanto dejar que el oxígeno del aire se agota drásticamente y tal vez incluso desaparecer, y así permitir que las rocas ricas en hierro no oxidados para formar.
Los detractores argumentan que este tipo de glaciación habría hecho la vida extinguida por completo. Sin embargo, microfósiles como estromatolitos y oncolitos prueban que en ambientes marinos poco profundos, al menos, la vida no sufre ninguna perturbación. En cambio la vida desarrolló una complejidad trófica y sobrevivió el período frío indemne. Los defensores responden que puede haber sido posible que la vida para sobrevivir en las siguientes maneras:
- En los embalses de anaeróbica y la vida con poco oxígeno impulsados por los productos químicos en profundas oceánicas respiraderos hidrotermales que sobreviven en los océanos y profundas de la Tierra corteza ; pero la fotosíntesis no habría sido posible allí.
- Como los huevos y células latentes y esporas congelados en hielo a través de los más graves fases del periodo de congelación.
- Bajo la capa de hielo, en el mineral (metabolizan) quimiolitotróficas ecosistemas parecido teóricamente las existentes en las camas de los glaciares modernos, de alta alpino y el permafrost ártico astrágalo, y el hielo glacial basal. Esto es especialmente plausible en la áreas de vulcanismo o actividad geotérmica.
- En las regiones profundas del océano lejos del supercontinente Rodinia o sus restos, ya que se rompió y derivó en las placas tectónicas , que puede haber permitido para algunas pequeñas regiones de mar abierto conservar pequeñas cantidades de vida con acceso a la luz y CO 2 para fotosintetizadores (no multicelular plantas, que aún no existían) para generar trazas de oxígeno que eran suficientes para sostener algunos organismos dependientes de oxígeno. Esto ocurriría incluso si el mar se congeló por completo, si las pequeñas partes del hielo eran lo suficientemente delgada como para admitir la luz.
- En áreas Nunatak en lostrópicos, donde durante el día el sol tropical o calor volcánico climatizada roca desnuda protegidos de viento frío y hacían pequeñas piscinas de fusión temporal, lo que congelar al atardecer.
- En bolsas de agua líquida dentro y debajo de las capas de hielo, similares a lago Vostok en la Antártida. En teoría, este sistema puede ser similar a las comunidades microbianas que viven en los lagos perennemente congelados de los valles secos de la Antártida. La fotosíntesis puede ocurrir bajo el hielo de hasta 100 m de espesor, y a las temperaturas pronosticadas por los modelos ecuatorial sublimación impediría el espesor del hielo ecuatorial exceda de 10 m.
- En pequeños oasis de agua líquida, como se encontraría cercageotérmicoshotspots se asemejan aIslandiahoy.
Sin embargo, los organismos y los ecosistemas, por lo que se puede determinar por el registro fósil, no parecen haber sufrido el cambio significativo que se esperaría de un extinción masiva. Con el advenimiento de las citas más preciso, un evento de extinción fitoplancton que se había asociado con Tierra Bola de Nieve se demostró que preceder glaciaciones por 16 millones de años. Incluso si la vida fuera de aferrarse en todos los refugios ecológicos enumerados anteriormente, una glaciación a la Tierra entera daría lugar a una biota con una diversidad y composición notablemente diferente. Este cambio en la diversidad y la composición todavía no se ha observado- de hecho, los organismos que deberían ser más susceptibles a las variaciones climáticas salir indemne de la bola de nieve de la Tierra.
Implicaciones
Una bola de nieve de la Tierra tiene implicaciones profundas en la historia de la vida en la Tierra. Mientras que muchos refugios se han postulado, la cubierta de hielo mundial ciertamente habría devastado ecosistemas dependen de la luz solar. Evidencia geoquímica de las rocas asociadas a depósitos glaciares de latitudes bajas se han interpretado para mostrar un accidente en la vida oceánica durante los glaciales.
El derretimiento del hielo podría haber presentado muchas nuevas oportunidades para la diversificación, y de hecho puede haber impulsado la rápida evolución que tuvo lugar al final de la Período Criogénico.
Efecto sobre la evolución temprana
La Neoproterozoico fue una época de notable diversificación de los organismos multicelulares, incluyendo los animales. Organismo tamaño y complejidad aumentaron considerablemente tras el final de las glaciaciones de bolas de nieve. Este desarrollo de los organismos multicelulares puede haber sido el resultado de un aumento de las presiones evolutivas resultantes de múltiples ciclos nevera-invernadero; en este sentido, los episodios de la bola de nieve de la Tierra pueden haber "bombeado" evolución. Por otra parte, la fluctuación de los niveles de nutrientes y el aumento de oxígeno pueden haber desempeñado un papel. Curiosamente, otro episodio glacial puede haber terminado unos pocos millones de años antes de la explosión del Cámbrico .
Mecánicamente, el impacto de la bola de nieve de la Tierra (en particular, las glaciaciones posteriores) en la vida compleja es probable que haya ocurrido en el proceso de la selección de parentesco. diferenciación de órganos a gran escala, en particular, el terminal (irreversible) la diferenciación presentes en animales, requiere la célula individual (y la genes contenidos en ella) a "sacrificar" su capacidad para reproducirse, por lo que la colonia no se interrumpa. Desde la perspectiva de corto plazo del gen, más descendencia se obtendrá haciendo que la célula en la que se contiene para ignorar las señales recibidas desde la colonia, y reproducirse a la velocidad máxima, independientemente de las consecuencias para el grupo más amplio. Hoy en día, este incentivo explica la formación de tumores en animales y plantas.
Tal diferenciación "altruista" costosa puede ser adaptativa (maximizar el número de crías supervivientes) de genes individuales si la consecuencia del altruismo (diferenciación celular terminal) beneficia a otras copias de dichos genes. (Tenga en cuenta que "altruismo" se refiere sólo al costo de reproducción de la característica, y no implica ninguna sensibilidad o previsión.) Dado que los genes familiares comparten, los genes que causan el altruismo (como órgano diferenciación escala) pueden propagarse si se produce entre parientes, consulte la selección de parentesco.
Se ha argumentado que debido a Tierra Bola de Nieve, sin duda, habría diezmado el tamaño poblacional de una especie dada, los extremadamente pequeñas poblaciones que resultaron sería todo han descendido de un pequeño número de individuos (ver efecto fundador), y en consecuencia, la relación media entre cualquiera dos individuos (en este caso las células individuales) habrían sido excepcionalmente alto, como resultado de las glaciaciones. Altruismo se sabe que aumenta de rareza cuando la relación (R) excede la relación del costo (C) para el altruista (en este caso, la célula renunciar a su propia reproducción mediante la diferenciación), para el beneficio (B) para el receptor de el altruismo (la línea germinal de la colonia, que se reproduce como resultado de la diferenciación), es decir, R> C / B (ver la regla de Hamilton). La presión evolutiva de la alta relación en el contexto de un auge de la población después de la glaciación puede haber sido suficiente para superar el costo de reproducción de la formación de un animal complejo, por primera vez en la historia de la Tierra.
También hay una hipótesis rival que ha ido ganando la moneda en los últimos años: que los primeros Tierras Snowball hicieron no tanto afectar a la evolución de la vida en la Tierra como resultado de ella. De hecho las dos hipótesis no son mutuamente excluyentes. La idea es que las formas de vida de la Tierra afectan el ciclo global del carbono y así importantes eventos evolutivos alteran el ciclo del carbono, la redistribución de carbono dentro de varios depósitos en el sistema de biosfera y en el proceso de bajar temporalmente la atmosférica (efecto invernadero) reservorio de carbono hasta que el sistema de la biosfera revisada instaló en un nuevo estado. El episodio Snowball I (de la glaciación huroniana 2,4-2100000000 años) y la bola de nieve II (del Criogénico del Precámbrico entre 580-850 MYA y que a su vez tenían un número de episodios distintos) se cree respectivamente que es causada por la evolución de la fotosíntesis oxigénica y luego el ascenso de más avanzada la vida animal multicelular y colonización de la vida de la tierra.
Ocurrencia y el calendario de la bola de nieve Tierras
Neoproterozoico
Hay tres o cuatro glaciaciones importantes durante la tarde Neoproterozoico. De estos, el Marinoan fue el más significativo, y las glaciaciones Sturtian también eran verdaderamente generalizada. Incluso el proponente bola de nieve que lleva Hoffman está de acuerdo que el ~ millones de años Gaskiers larga glaciación no condujo a la glaciación global, aunque probablemente fue tan intensa como la tarde glaciación del Ordovícico. El estado de la "glaciación" Kaigas o "evento de enfriamiento" Actualmente no está claro; algunos trabajadores no lo reconocen como un glaciar, otros sospechan que puede reflejar los estratos poco anticuado sindical Sturtian, y otros creen que puede de hecho ser una tercera edad de hielo. Ciertamente fue menos significativo que los Sturtian o glaciaciones Marinoan, y probablemente no alcance global. Nuevas evidencias sugieren que la Tierra sufrió una serie de glaciaciones durante el Neoproterozoico, lo que pararse firmemente en desacuerdo con la hipótesis de la bola de nieve.
Paleoproterozoic
La hipótesis Tierra Bola de Nieve se ha invocado para explicar depósitos glaciales en el Huronian supergrupo de Canadá, a pesar de la evidencia que sugiere paleomagnético placas de hielo en las latitudes bajas se impugna. Los sedimentos glaciales de la formación Makganyene de Sudáfrica son un poco más jóvenes que los depósitos glaciales Huronian (~ 2250 millones años de edad) y se depositaron en las latitudes tropicales. Se ha propuesto que el aumento de oxígeno libre que se produjo durante el metano eliminado Gran Oxidación en la atmósfera a través de la oxidación. A medida que el Sol era notablemente más débil en el momento, el clima de la Tierra pudo haber dependido de metano, un potente gas de efecto invernadero, para mantener la temperatura de la superficie por encima de cero.
En ausencia de este invernadero metano, las temperaturas se desplomaron y un evento de bola de nieve puede haber ocurrido.
Karoo Edad de Hielo
Antes de la teoría de la deriva continental, los depósitos glaciales en Carbonífero estratos en zonas continentes tropicales como la India y América del Sur llevó a la especulación de que la glaciación Karoo Ice Age metió la mano en los trópicos. Sin embargo, una reconstrucción continental muestra que el hielo era de hecho restringida a las partes polares del supercontinente Gondwana .
