KlimatDlaZiemi.pl - Efekt cieplarniany - zrozumieć zjawisko i jego następstwa / Ziemia Śnieżka, czyli co by było bez efektu cieplarnianego
Klimat Dla ZiemiiSzkoła z klimatem

Ziemia Śnieżka, czyli co by było bez efektu cieplarnianego

Ta niewielka ilość gazów cieplarnianych wystarcza, aby utrzymać na powierzchni Ziemi temperaturę, która umożliwia istnienie tu życia. Szacuje się, że dzięki efektowi cieplarnianemu temperatura na Ziemi jest o 33˚C wyższa, niż byłaby, gdyby to zjawisko nie istniało. Biorąc pod uwagę fakt, że średnia temperatura Ziemi wynosi około 15˚C, można wyliczyć, że temperatura Ziemi wynosiłaby wtedy -18˚C. Życie, jakie istnieje w obecnej formie, nie byłoby możliwe.
Gdyby Ziemia ochłodziła się do tego stopnia, para wodna w atmosferze przestałaby praktycznie występować, do tego cała Ziemia zostałaby skuta lodem, i to całkiem trwale. Ziemia, pokryta lodem, przestałaby pochłaniać promieniowanie słoneczne i emitować je w podczerwieni. Zamiast tego lód, jak lustro, odbijałby większość padającego na Ziemię światła bezpośrednio w kosmos.
Gdyby czapy lodowe zaczęły narastać i przesuwać się w stronę niższych szerokości geograficznych, to, po przekroczeniu przez nie 35 równoleżnika nie byłoby już odwrotu – cała Ziemia, aż po równik, zostałaby skuta kilometrowej grubości skorupą lodu.

http://zebu.uoregon.edu

 

Naukowcy uważają, że stan taki miał już miejsce w historii, być może nawet kilkukrotnie. Taki stan Ziemi określa się jako Ziemię – śnieżkę. Miało to miejsce 750 – 580 mln lat temu, a Ziemia wyglądała wtedy mniej więcej, jak na zamieszczonym rysunku.

Uważa się, że przyczyną przejścia Ziemi w ten stabilny stan był zanik efektu cieplarnianego związany z absorpcją dwutlenku węgla z atmosfery.

 

Od lat 60. XX wieku wiadomo, że jedyny istniejący wtedy na Ziemi kontynent podlegał w okresie od 750 mln do 580 mln lat temu zlodowaceniu. Paleontolog W. Brian Harland zauważył, że wszystkie osady lądowe pochodzące z tego okresu noszą ślady lodowca i zaproponował istnienie w tym okresie epoki lodowcowej. Jednak problemem okazało się to, że część ówczesnego kontynentu leżała na równiku. Większość pozostałych okresów zlodowaceń nie dotyczyło rejonów równikowych, bo zwykle było tam zbyt ciepło. Dalsze badania dryfu kontynentów wykazały, że 750 mln lat temu jedyny superkontynent (nazwany Rodinia) leżał prawie całkowicie na równiku.

 

Wszystkie osady lądowe noszą ślady lądolodu

Jeżeli równik został pokryty lodem, oznaczało to pokrycie białą czapą całej planety. Podstawą tego rozumowania był fakt, że wzrost ilości lodu podwyższa albedo powierzchni planety. Biały lód odbija znacznie więcej ogrzewającego planetę światła słonecznego, niż woda czy ziemia. Jeżeli lodu zaczyna przybywać, to Ziemia odbija coraz więcej ciepła w kosmos i lodu przybywa jeszcze więcej - pojawia się dodatnie sprzężenie zwrotne. Wyliczono, że przejście na południe przez lód pewnego równoleżnika oznacza nieodwracalnie zamrożenie całej planety. Jeżeli lód już przejdzie tę linię, to lodowiec musi pokryć wszystkie lądy i oceany.
Jeżeli stwierdzono obecność lodu na równiku oznacza to, że proces zamarzania Ziemi musiał osiągnąć swój szczyt i cała planeta zamieniła się w wielką „śnieżkę”.

 

Prawie całkowity zanik życia roślinnego

W wodzie morskiej występują dwa izotopy węgla - węgiel-12 oraz węgiel-13. Jeżeli ocean jest pełen roślinnego życia, to mikroorganizmy szybciej pochłaniają węgiel-12. W efekcie stężenie węgla-13 staje się większe i to on przeważa w morskich osadach. Kiedy ocean jest prawie pozbawiony roślin, przewaga jest po stronie węgla-12. Właśnie takie zjawisko zaobserwowano ok. 750 mln lat temu, co sugeruje, że rośliny prawie nie występowały na Ziemi.

 

Skały bogate w żelazo

Zawarty w ziemskiej atmosferze tlen reaguje z żelazem zawartym w skałach. Bogate w żelazo skały formują się częściej, jeżeli tlenu jest mniej. Jeżeli Ziemia została pokryta lodem, to rośliny prawie całkowicie zaprzestały produkcji tlenu. Tlen ma skłonność do reagowania z innymi substancjami. Bez stałych dostaw jego poziom na Ziemi-śnieżce znacznie się obniżył. Niski poziom tlenu ułatwił formowanie się bogatych w żelazo skał. Właśnie takie pokłady minerałów zostały odkryte przez geologów w osadach z okresu wielkiego zlodowacenia.

 

Pokłady węglanów

Do rozmrożenia Ziemi-śnieżki konieczny był bardzo wysoki poziom dwutlenku węgla w atmosferze. Kiedy już lody puściły gaz nie zniknął nagle z atmosfery. Temperatura podniosła się do tak wysokiego poziomu, że gwałtowne parowanie oceanów wywołało ogromne deszcze. Reakcja bogatej w CO2 atmosfery z wodą doprowadziła do powstania kwasu węglowego. Kwaśna woda znacznie przyspieszyła erozję krzemianów. Wypłukane skały pokryły dno oceanów, tworząc bogatą warstwę węglanów, co obserwuje się w wielu osadach sprzed 580 mln lat. Jednocześnie osady te graniczą z skałami polodowcowymi, co wyraźnie sugeruje silny związek obu warstw.

 

Eksplozja kambryjska

Zakończenie okresu zlodowacenia miało miejsce kilka milionów lat przed eksplozją kambryjską. Zamrożenie planety mogło być czynnikiem zwiększającym presję ewolucyjną, co zwiększyło tempo rozwoju prymitywnych organizmów. Z drugiej strony po zakończeniu epoki lodu warunki stały się bardzo cieplarniane, co pozwoliło na rozwój ogromnej różnorodności żywych organizmów obserwowanej kilka milionów lat później w osadach.

 

Istniej możliwość, że Ziemia mogła zamienić się w śnieżkę wielokrotnie, w cyklu: zamarznięcie – stopniowe gromadzenie się gazów cieplarnianych w atmosferze i wzrost temperatury powyżej punktu topnienia lodu – gwałtowne ocieplenie Ziemi i wypłukanie gazów cieplarnianych z atmosfery – spadek temperatury poniżej zera i ponowne zamarznięcie Ziemi. W takim cyklu ani stan Ziemi – śnieżki nie byłby stabilny, ani stan ocieplenia. Stabilna byłaby oscylacja.