Τουλάχιστον δύο φορές στην ιστορία της Γης, σχεδόν ολόκληρος ο πλανήτης περιβλήθηκε από χιόνι και πάγο. Αυτά τα δραματικά γεγονότα "Snowball Earth" εμφανίστηκαν με γρήγορη διαδοχή, κάπου περίπου 700 εκατομμύρια χρόνια πριν, και στοιχεία δείχνουν ότι οι διαδοχικές παγκόσμιες εποχές των παγετώνων έθεσαν το σκηνικό για την επακόλουθη έκρηξη της σύνθετης, πολυκυτταρικής ζωής στη Γη.
Οι επιστήμονες έχουν εξετάσει πολλαπλά σενάρια για αυτό που μπορεί να έχει ανατρέψει τον πλανήτη σε κάθε εποχή των παγετώνων. Αν και δεν έχει εντοπιστεί καμία διαδικασία οδήγησης, θεωρείται ότι ό, τι προκάλεσε την προσωρινή κατάψυξη πρέπει να το έκανε με τρόπο που ώθησε τον πλανήτη να ξεπεράσει ένα κρίσιμο όριο, όπως η μείωση του εισερχόμενου ηλιακού φωτός ή του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα σε επίπεδα αρκετά χαμηλά για να ρυθμιστεί από μια παγκόσμια επέκταση του πάγου.
Αλλά οι επιστήμονες του MIT λένε τώρα ότι το Snowball Earths ήταν πιθανότατα το προϊόν «παγετώνων που προκαλούνται από ρυθμούς». Δηλαδή, διαπίστωσαν ότι η Γη μπορεί να μετατραπεί σε μια παγκόσμια εποχή πάγου όταν το επίπεδο της ηλιακής ακτινοβολίας που δέχεται αλλάζει γρήγορα σε μια γεωλογικά σύντομη χρονική περίοδο . Η ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας δεν χρειάζεται να πέσει σε ένα συγκεκριμένο σημείο πτώσης. Εφόσον η μείωση του εισερχόμενου ηλιακού φωτός συμβαίνει γρηγορότερα από έναν κρίσιμο ρυθμό, θα ακολουθήσει ένας προσωρινός παγετώνας ή Snowball Earth.
Αυτά τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στα Πρακτικά της Βασιλικής Εταιρείας Α, υποδηλώνουν ότι ό, τι προκάλεσε την εποχή των παγετώνων της Γης πιθανότατα περιελάμβανε διαδικασίες που μείωσαν γρήγορα την ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που έρχεται στην επιφάνεια, όπως εκτεταμένες ηφαιστειακές εκρήξεις ή βιολογικά επαγόμενος σχηματισμός νέφους που θα μπορούσαν να είχαν αποκλείσει σημαντικά τις ακτίνες του ήλιου.
(Σημ.: Ο φυσικός Henrik Svensmark έχει αποδειχθεί ότι ο σχηματισμός νεφών συνδέεται στενά με την αύξηση των κοσμικών ακτίνων που εισέρχονται στον πλανήτη μας, και, κυρίως, στην εποχή μας, έχουμε δει 12% αύξηση στις κοσμικές ακτίνες, όπως και ότι το γήινο μαγνητικό πεδίο έχει γίνει πολύ πιο αδύναμο: Μυστήριο σύννεφων: Κλιματική αλλαγή και κοσμικές ακτίνες)
Τα ευρήματα μπορεί επίσης να ισχύουν για την αναζήτηση ζωής σε άλλους πλανήτες. Οι ερευνητές ήταν πρόθυμοι να βρουν εξωπλανήτες εντός της κατοικήσιμης ζώνης - μια απόσταση από το αστέρι τους που θα ήταν εντός ενός εύρους θερμοκρασίας που θα μπορούσε να υποστηρίξει τη ζωή. Η νέα μελέτη δείχνει ότι αυτοί οι πλανήτες, όπως η Γη, θα μπορούσαν επίσης να παγώσουν προσωρινά εάν το κλίμα τους αλλάξει απότομα. Ακόμα κι αν βρίσκονται σε κατοικήσιμη ζώνη , οι πλανήτες που μοιάζουν με τη Γη μπορεί να είναι πιο ευαίσθητοι σε παγκόσμιες εποχές πάγου από ό, τι πιστεύαμε προηγουμένως.
Οι επιστήμονες συμφωνούν γενικά ότι το Snowball Earths προήλθε από ένα φαινόμενο «δραπέτη» που περιλαμβάνει ανατροφοδότηση από πάγο-αλμπέδο: Καθώς το εισερχόμενο φως του ήλιου μειώνεται, ο πάγος επεκτείνεται από τους πόλους στον ισημερινό . Καθώς περισσότερος πάγος καλύπτει τον πλανήτη, ο πλανήτης γίνεται πιο ανακλαστικός ή υψηλότερος στο albedo, το οποίο ψύχει περαιτέρω την επιφάνεια για να επεκταθεί περισσότερος πάγος. Τελικά, εάν ο πάγος φτάσει σε κάποιο βαθμό, αυτό γίνεται μια διαδικασία διαφυγής, με αποτέλεσμα έναν παγκόσμιο παγετώνα.
Οι παγκόσμιες εποχές πάγου στη Γη είναι προσωρινής φύσης, λόγω του κύκλου άνθρακα του πλανήτη. Όταν ο πλανήτης δεν καλύπτεται από πάγο, τα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα ελέγχονται κάπως από τις καιρικές συνθήκες των βράχων και των ορυκτών. Όταν ο πλανήτης καλύπτεται από πάγο, ο καιρός μειώνεται σε μεγάλο βαθμό, έτσι ώστε το διοξείδιο του άνθρακα να συσσωρεύεται στην ατμόσφαιρα, δημιουργώντας ένα φαινόμενο θερμοκηπίου που τελικά ξεπαγώνει τον πλανήτη από την εποχή του πάγου του.
Οι επιστήμονες συμφωνούν γενικά ότι ο σχηματισμός των χιονιών στη Γη έχει να κάνει με την ισορροπία μεταξύ του εισερχόμενου ηλιακού φωτός, της ανατροφοδότησης πάγου-αλμπέδο και του παγκόσμιου κύκλου άνθρακα.
(Σημ.: Δεν συμφωνούν όλοι οι επιστήμονες και ορισμένοι παρουσιάζουν ένα πιο πιθανό και πολύ πιο συναρπαστικό επιχείρημα: Πώς ο ήλιος επηρεάζει τις θερμοκρασίες στη Γη: Συνέντευξη με την καθηγητή Βαλεντίνα Ζάρκοβα)
Οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα απλό μαθηματικό μοντέλο του κλιματικού συστήματος της Γης που περιλαμβάνει εξισώσεις που αντιπροσωπεύουν τις σχέσεις μεταξύ εισερχόμενης και εξερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας, της θερμοκρασίας της επιφάνειας της Γης, της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα και των επιπτώσεων του καιρού κατά την πρόσληψη και αποθήκευση ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα. Οι ερευνητές μπόρεσαν να συντονίσουν καθεμία από αυτές τις παραμέτρους για να παρατηρήσουν ποιες συνθήκες δημιούργησαν μια Παγωμένη Γη.
Τελικά, διαπίστωσαν ότι ένας πλανήτης ήταν πιο πιθανό να παγώσει εάν η εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία μειώθηκε γρήγορα, με ρυθμό που ήταν γρηγορότερος από έναν κρίσιμο ρυθμό, παρά σε ένα κρίσιμο κατώφλι, ή σε συγκεκριμένο επίπεδο ηλιακού φωτός. Υπάρχει κάποια αβεβαιότητα σχετικά με το τι θα ήταν αυτό το κρίσιμο ποσοστό , καθώς το μοντέλο είναι μια απλοποιημένη αναπαράσταση του κλίματος της Γης. Παρ 'όλα αυτά, εκτιμάται ότι η Γη θα έπρεπε να βιώσει περίπου 2% πτώση του εισερχόμενου ηλιακού φωτός για μια περίοδο περίπου 10.000 ετών για να φτάσει σε μια παγκόσμια εποχή πάγου.
"Είναι λογικό να υποθέσουμε ότι οι παγετώσεις του παρελθόντος προκλήθηκαν από γεωλογικά γρήγορες αλλαγές στην ηλιακή ακτινοβολία"
Οι συγκεκριμένοι μηχανισμοί που μπορεί να έχουν σκοτεινιάσει γρήγορα τους ουρανούς για δεκάδες χιλιάδες χρόνια είναι ακόμη προς συζήτηση. Μια πιθανότητα είναι ότι τα διαδεδομένα ηφαίστεια μπορεί να έχουν εκτοξεύσει αερολύματα στην ατμόσφαιρα , εμποδίζοντας το εισερχόμενο ηλιακό φως σε όλο τον κόσμο. Ένα άλλο είναι ότι τα πρωτόγονα φύκια μπορεί να έχουν εξελιχθεί μηχανισμοί που διευκόλυναν το σχηματισμό νεφών που αντανακλούν το φως. Τα αποτελέσματα αυτής της νέας μελέτης υποδηλώνουν ότι οι επιστήμονες μπορούν να εξετάσουν διαδικασίες όπως αυτές, οι οποίες μειώνουν γρήγορα την εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία, καθώς πιθανότατα πυροδοτούν την εποχή των παγετώνων της Γης.
"Ακόμα κι αν η ανθρωπότητα δεν θα προκαλέσει παγετώνα χιονόμπαλας στην τρέχουσα πορεία μας για το κλίμα, η ύπαρξη ενός τέτοιου «σημείου ανατροπής που προκαλείται από το ρυθμό» σε παγκόσμια κλίμακα μπορεί να εξακολουθήσει να προκαλεί ανησυχία»." Για παράδειγμα, μας διδάσκει ότι πρέπει να είμαστε προσεκτικοί με την ταχύτητα με την οποία τροποποιούμε το κλίμα της Γης, όχι μόνο το μέγεθος της αλλαγής. Θα μπορούσαν να υπάρχουν άλλα τέτοια σημεία ανατροπής που προκαλούνται από το ρυθμό που θα μπορούσαν να προκληθούν από την ανθρωπογενή θέρμανση. Ο εντοπισμός αυτών και ο περιορισμός των κρίσιμων ποσοστών τους είναι ένας αξιόλογος στόχος για περαιτέρω έρευνα. "
Αυτή η έρευνα χρηματοδοτήθηκε, εν μέρει, από το MIT Lorenz Center.