Harvardski tim predlaže da je Sturtian (717–661 Ma) umesto jedne dugotrajne globalne zamrznutosti verovatno obuhvatao ponavljajuće cikluse potpune zaleđenosti i toplijih međuglacijalnih perioda. Ključni mehanizam je vremensko trošenje bazalta iz Franklin ignezne provincije koje povlači CO2 i pokreće zaledjivanje, dok vulkansko izduvavanje kasnije dovodi do odleđivanja. Model objašnjava očuvanje atmosferskog kiseonika i neke sedimenarne anomalije; potvrda zahteva sinhrone globalne stratigrafske zapise i preciznu geohronologiju.
Sturtian: Zemlja se više puta zaleđivala i odledila tokom 56 miliona godina
Artist's rendition of a fully-frozen snowball Earth. (CREDIT: Wikimedia / CC BY-SA 4.0)
Tim naučnika sa John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences na Harvardu predlaže da Sturtian glacijacija — dugi ledeni interval u periodu Kriogenika (otprilike 717–661 miliona godina pre sada) — nije bila jedan konstantan, globalni „Snowball Earth“. Umesto toga, planetarni sistem je mogao da oscilira između višemilionskih faza potpune zaleđenosti i toplijih međuglacijalnih perioda.
Sturtian stratigraphic successions including evidence of intermittent open water: syn-glacial carbonate deposition sites and ice-rafted debris margin sites. (CREDIT: PNAS)
Suština nove hipoteze
Autori (Charlotte Minsky, Robin Wordsworth, David T. Johnston i Andrew H. Knoll) u članku objavljenom u PNAS koriste povezan model klime i globalnog ugljeničnog ciklusa da pokažu kako ponavljajući ciklusi zaleđivanja i odleđivanja mogu objasniti zašto je Sturtian trajao ~56 miliona godina — mnogo duže nego što klasični „potpuni Snowball" modeli predviđaju.
Canonical Snowball Earth scenarios fail to reproduce the duration and oxygenation of the Sturtian glaciation. (CREDIT: PNAS)
Franklin LIP i uloga bazalta
U centru mehanizma nalazi se Franklin Large Igneous Province (velika ignezna provincija) u današnjem severnom delu Kanade, čije erupcije čine velike površine svežeg bazalta izloženog atmosferskom uticaju. Intenzivno vremensko trošenje (weathering) bazalta može brzo ukloniti CO2 iz atmosfere i pokrenuti globalno zahlađenje. Kada planeta zamrzne, kontinentalno vremensko trošenje usporava, dopuštajući vulkanskom izduvavanju da ponovo poveća koncentraciju CO2 i izazove odleđivanje.
The limit cycle scenario. A) Modeled equilibrium surface temperature under a persistent carbon cycle imbalance, showing a series of self-terminating Snowball events alternating with hot interglacials. B) Climate hysteresis loop showing the trajectory of temperature as a function of atmospheric pCO2. (CREDIT: PNAS)
Limit ciklus klime
U modelu to stvara limit ciklus: naizmenični kratki Snowball događaji koji se završavaju toplim međuglacijalima. Autori pokazuju da parametri koji odgovaraju procenama Franklin provincije (površina ~4,5 miliona km2 i početna debljina bazalta ~1–4 km) mogu održati takvo ciklično ponašanje desetine miliona godina. Po njihovim proračunima, dovoljno je oko 0,4 teramola dodatnog godišnjeg vremenskog trošenja ugljenika da se ciklus održi, a vremensko trošenje Franklin bazalta bi premašilo taj prag.
Equilibrium surface temperature as a function of atmospheric pCO2 and planetary albedo has multiple stable states: a Snowball branch (high albedo, low temperature) and an ice-free branch (low albedo, high temperature), separated by unstable solutions. (CREDIT: PNAS)
Rešavanje „problema kiseonika" i biološke implikacije
Jedan od kritičnih argumenata protiv dugotrajnog, neprekinutog Snowball Earth-a je pitanje kiseonika: u potpunoj zamrznutosti modeli predviđaju iscrpljivanje atmosferskog i okeanskog O2 za nekoliko miliona godina. Ciklični model omogućava redovno obnavljanje kiseonika tokom toplijih intervala, delom zahvaljujući povećanoj opskrbi fosfata iz vremenskog trošenja bazalta koji podstiče morsku produktivnost. To pomaže objasniti kako su aerobni mikrobi i eukarioti mogli preživeti kroz Sturtian.
Geološki zapisi i naredni testovi
Hipoteza dobro odgovara nekim zagonetnim sedimenntnim nalazima: povremeni tragovi ledom nošenog materijala (ice-rafted debris), ne-glacijalne naslage i epizodne karbonatne sedimente mogli bi odražavati kratke faze povlačenja leda ili otvaranje okeana. Najjači test bi bio pronalazak globalno i sinhrono usaglašenih sekvenci glacijalnih i međuglacijalnih naslaga tokom celog Sturtiana, što zahteva ciljanu sekvencijsku stratigrafiju i visoko preciznu geohronologiju — posebno na lokacijama sa dobro očuvanim stenicama i različitim paleolatitudama.
Otvorena pitanja
Autori takođe razmatraju da li bi Marinoan glacijacija mogla predstavljati poslednji interglacijal u istom limit-ciklus režimu; to bi zahtevalo drugačiju vrednost silikatne-weathering povratne sprege i još uvek nije dobro ograničeno podacima.
„Ovo bi moglo pomoći da se objasni kako je aerobni život opstao kroz tako ekstreman interval,“ kaže Charlotte Minsky.
Rad je objavljen u Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Dalja terenska istraživanja i precizne starosne determnacije stena iz različitih paleolatituda biće ključne za potvrdu ili odbacivanje ovog modela.
Pomozite nam da budemo bolji.
