แนวคิดใหม่เกี่ยวกับการที่โลกกลายเป็นก้อนหิมะขนาดยักษ์


Wikimedia (CC BY-SA 3.0) มหายุคโลกที่ผ่านมาพบกับการเปลี่ยนแปลงป่า: มันกลายเป็นก้อนหิมะขนาดยักษ์ เหตุการณ์น้ำแข็งขนาดมหึมาเหล่านี้ที่ซึ่งน้ำแข็งปกคลุมโลกจากขั้วถึงขั้วนั้นได้รับการขนานนามว่า“ โลกหิมะ” อย่างน้อยก็มีอยู่สองครั้ง: หนึ่งรอบ 717 ล้านและอีก 645 ล้านปีก่อน แม้ว่านักธรณีวิทยาจะมีหลักฐานที่ดีว่าโลกพบกับเหตุการณ์สโนว์บอลเหล่านี้ แต่พวกเขาก็ยังไม่สามารถเข้าใจได้ว่าเกิดขึ้นได้อย่างไร นักวิทยาศาสตร์ได้ถกเถียงกันมานานหลายสิบปีเกี่ยวกับสิ่งที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศที่ลึกซึ้งที่สุดในบันทึกทางธรณีวิทยาของโลก ตอนนี้นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดมีความคิดใหม่ที่อาจให้คำตอบได้ในที่สุด: พ

Wikimedia (CC BY-SA 3.0)

มหายุคโลกที่ผ่านมาพบกับการเปลี่ยนแปลงป่า: มันกลายเป็นก้อนหิมะขนาดยักษ์ เหตุการณ์น้ำแข็งขนาดมหึมาเหล่านี้ที่ซึ่งน้ำแข็งปกคลุมโลกจากขั้วถึงขั้วนั้นได้รับการขนานนามว่า“ โลกหิมะ” อย่างน้อยก็มีอยู่สองครั้ง: หนึ่งรอบ 717 ล้านและอีก 645 ล้านปีก่อน

แม้ว่านักธรณีวิทยาจะมีหลักฐานที่ดีว่าโลกพบกับเหตุการณ์สโนว์บอลเหล่านี้ แต่พวกเขาก็ยังไม่สามารถเข้าใจได้ว่าเกิดขึ้นได้อย่างไร นักวิทยาศาสตร์ได้ถกเถียงกันมานานหลายสิบปีเกี่ยวกับสิ่งที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงภูมิอากาศที่ลึกซึ้งที่สุดในบันทึกทางธรณีวิทยาของโลก ตอนนี้นักวิจัยที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดมีความคิดใหม่ที่อาจให้คำตอบได้ในที่สุด: พวกเขากล่าวว่าภูมิภาคภูเขาไฟซึ่งตั้งอยู่ในสถานที่ที่เหมาะสมในเวลาที่เหมาะสมอาจก่อให้เกิดเหตุการณ์น้ำแข็งเย็นอย่างน้อยหนึ่งเหตุการณ์

ถ้าคุณเดินทางย้อนเวลากลับไปสู่โลกประมาณ 700 ล้านปีก่อนคุณจะพบน้ำแข็งหนาหลายร้อยเมตรปกคลุมมหาสมุทรและทวีปแม้ว่ามวลของแผ่นดินอาจมีพื้นที่เปลือยและแห้งบางจุดที่มีทะเลสาบ hypersaline ปกคลุมด้วยน้ำแข็ง อุณหภูมิเฉลี่ยทั่วโลกลดลงประมาณ 37 องศาฟาเรนไฮต์ โลกคล้ายก้อนหิมะนั้นไม่เอื้ออำนวยมากนัก โชคดีที่ช่วงเวลาที่เกี่ยวกับสันทรายเหล่านี้เกิดขึ้นน้อยมาก - แต่ความจริงนั้นทำให้นักวิทยาศาสตร์ยากที่จะกำหนดว่าภูมิอากาศที่รุนแรงเช่นนี้ก่อตัวอย่างไร “ ยิ่งเราย้อนเวลากลับไปนานเท่าไหร่โลกก็คล้ายกับโลกที่แตกต่างจากที่เราอาศัยอยู่ในวันนี้” ลินดาโซห์ลนักบรรพชีวินวิทยาจากศูนย์วิจัยระบบภูมิอากาศของมหาวิทยาลัยโคลัมเบียและสถาบันดาร์ดดาร์เพื่อการศึกษาอวกาศ ไม่สามารถตีความอดีตได้อย่างง่ายดายโดยอาศัยความรู้ของเราในปัจจุบัน "

นักวิจัยได้เสนอโฮสต์ของความคิดเกี่ยวกับสิ่งที่จุดประกายก้อนหิมะโลก สาเหตุ - ไม่ว่ามันจะเป็นอะไร - จะต้องทำให้โลกเย็นลงเพื่อให้น้ำแข็งก่อตัวเพียงพอที่จะสะท้อนพลังงานที่เข้ามาจากดวงอาทิตย์ได้มาก สมมติฐานหนึ่งแสดงให้เห็นว่าอุกกาบาตก้อนใหญ่พุ่งชนโลกและขว้างฝุ่นและเถ้าจำนวนมากขึ้นไปในอากาศมันลดการแผ่รังสีจากดวงอาทิตย์ที่เข้ามาเป็นเวลาสองปีและทำให้โลกเย็นลง ความคิดอื่น ๆ ที่เกี่ยวข้องกับประเภทของเหตุการณ์สั้น ๆ แต่หายนะเช่นการระเบิดของภูเขาไฟขนาดมหึมา อีกสมมติฐานหนึ่งเสนอสิ่งมีชีวิตบางชนิดที่วิวัฒนาการซึ่งสามารถกำจัดคาร์บอนจำนวนมากออกจากพื้นผิวมหาสมุทรและฝังมันในตะกอนลึกหลังจากที่พวกมันตายและตกลงบนพื้นมหาสมุทร กลไกนั้นในทางทฤษฎีจะมีการกักเก็บคาร์บอนไว้ในบรรยากาศเพียงพอที่จะทำให้เกิดการระบายความร้อนที่ไม่เพียงพอ ความคิดเหล่านี้ไม่มีอะไรมาก - ถ้ามี - มีหลักฐานทางกายภาพในการสนับสนุน

หนึ่งในความคิดที่ได้รับความนิยมมากที่สุดมุ่งเน้นที่การผุกร่อนซึ่งเป็นกระบวนการทางธรรมชาติที่รวบรวมและกักเก็บคาร์บอนผ่านการสลายทางเคมีของหิน เมื่อมหาอำนาจ Rodinia แตกสลายประมาณ 750 ล้านปีที่แล้วทวีปใหม่ที่มีขนาดเล็กกว่ากระจัดกระจายไปยังสถานที่รอบ ๆ เส้นศูนย์สูตรที่ซึ่งมันอบอุ่นและเปียก - เงื่อนไขสำคัญสำหรับการผุกร่อน นอกจากนี้บริเวณภูเขาไฟขนาดใหญ่จะเกิดขึ้นเนื่องจากมวลของดินแดนยักษ์กระจัดกระจายซึ่งจะมีความเสี่ยงอย่างยิ่งต่อการผุกร่อน

ปัญหา: การผุกร่อนทำงานช้าอย่างไม่น่าเชื่อกระบวนการนี้กำลังเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่อง แต่มันส่งผลกระทบต่อสภาพอากาศโลกในระดับเวลานับล้านปี ระบบภูมิอากาศของโลกมักจะแก้ไขตัวเองในเวลานั้น ยิ่งไปกว่านั้นกิจกรรมภูเขาไฟที่ยิ่งใหญ่กว่าจะปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ทำให้มันยากกว่าที่จะผลักดันโลกให้อยู่ในสถานะสโนว์บอล สถานการณ์กระจัดกระจาย supercontinent นี้อาจทำให้เกิดการระบายความร้อนที่หลบหนีเฉพาะในกรณีที่สภาพอากาศเหนือกว่าการตอบสนองอื่น ๆ ในระบบสภาพอากาศอธิบายฟรานซิสแม็คโดนัลด์รองศาสตราจารย์ธรณีวิทยาที่ฮาร์วาร์อธิบาย

เนื่องจากไม่มีความคิดใดที่น่าพอใจอย่างสมบูรณ์ Macdonald และเพื่อนร่วมงาน Robin Wordsworth ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมสิ่งแวดล้อมจึงออกเดินทางเพื่อค้นหาคำอธิบายอื่น ในปี 2010 แมคโดนัลด์ได้ตีพิมพ์บทความฉบับหนึ่งซึ่งเป็นครั้งแรกที่ตรึงวันที่ที่แม่นยำเมื่อการแช่แข็งของสเทอเรียน “ เราสามารถพูดได้ภายในสองสามร้อยพันปีเมื่อเหตุการณ์นี้เกิดขึ้นจริง” แมคโดนัลด์อธิบาย “ ก่อนหน้านี้เป็นที่รู้จักกันเพียงไม่กี่สิบปี” เขาค้นพบความเย็นของสเทอเรียนเริ่มต้นเมื่อประมาณ 717 ล้านปีก่อน

ในช่วงเวลาประมาณเดียวกันแมคโดนัลด์ลงวันที่เขตภูเขาไฟเรียกว่าแฟรงคลินอิกเนสจังหวัด (LIP) เขาค้นพบแฟรงคลิน LIP ใช้งานอยู่ใกล้กับเมื่อเหตุการณ์ก้อนหิมะโลกครั้งแรกเริ่ม “ ฉันเริ่มคิดว่า: สิ่งเหล่านี้เป็นเรื่องบังเอิญได้อย่างไร? พวกเขาจะมีความสัมพันธ์กันอย่างไร” เขากล่าว

ด้วยข้อมูลใหม่นี้ Macdonald และ Wordsworth ใช้การผสมผสานระหว่างหลักฐานทางธรณีวิทยาและการสร้างแบบจำลองเพื่อทดสอบว่า Frank LIP อาจเป็นผู้กระทำผิดหรือไม่ ในการศึกษาใหม่ที่ตีพิมพ์ในเดือนกุมภาพันธ์ใน จดหมายการวิจัยธรณีฟิสิกส์ พวกเขาแสดงให้เห็นว่ากิจกรรมภูเขาไฟของแฟรงคลิน LIP อาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่รุนแรง นั่นเป็นเพราะการรวมกันที่ไม่ซ้ำกันของปัจจัย: ประการแรกแฟรงคลิน LIP เกิดขึ้นในพื้นที่ที่อุดมไปด้วยกำมะถัน เมื่อมีการปะทุขึ้นก๊าซและฝุ่นละอองขนาดใหญ่จะมีอนุภาคกำมะถันลอยอยู่ในอากาศเป็นระยะทางหลายกิโลเมตร อนุภาคซัลเฟอร์ปิดกั้นดวงอาทิตย์ที่เข้ามาและยังป้องกันความร้อนจากการหลบหนีของโลกซึ่งสามารถสร้างผลกระทบร้อนหรือเย็นขึ้นอยู่กับตำแหน่ง นั่นเป็นเหตุผลที่หลักฐานทางกายภาพชิ้นต่อไปเป็นกุญแจสำคัญ - บันทึกทางธรณีวิทยาแสดงให้เห็นว่าแฟรงคลิน LIP นั่งที่เส้นศูนย์สูตรที่โลกได้รับพลังงานแสงอาทิตย์มากกว่าปริมาณความร้อนที่มันแผ่ออกไปสู่อวกาศ ตามแบบจำลองของนักวิจัยหากอนุภาคกำมะถันมากพอที่จะไปถึงชั้นบรรยากาศในตำแหน่งศูนย์สูตรนี้มันจะปิดกั้นพลังงานที่เข้ามาจากดวงอาทิตย์มากพอที่จะทำให้เกิดการระบายความร้อนที่หลบหนี สเปรย์กำมะถันจะแพร่กระจายไปทั่วโลกเช่นกันผ่านการผสมที่เกิดขึ้นในสตราโตสเฟียร์ แต่บริเวณเส้นศูนย์สูตรจะมีความหนาแน่นมากที่สุดของอนุภาคกำมะถันบล็อกดวงอาทิตย์อย่างรุนแรง การปะทุจะต้องระเบิดซัลเฟอร์ในชั้นบรรยากาศเป็นเวลาประมาณห้าปีเพื่อผลักดันโลกให้อยู่ในสถานะสโนว์บอล

สถานการณ์ดังกล่าวจะต้องมีโลกที่ค่อนข้างเย็นก่อนเวลา แมคโดนัลด์บอกว่าเป็นเพราะอนุภาคของกำมะถันต้องไปถึงระดับความสูงของสตราโตสเฟียร์เพื่อให้เกิดความเย็นสูงสุด ในสภาพอากาศที่เย็นกว่าสตราโตสเฟียร์ตั้งอยู่ใกล้กับพื้นผิวโลกเพียงเล็กน้อยทำให้เป็นไปได้ที่อากาศร้อนที่อุดมด้วยกำมะถันจะไหลไปถึง แม้ว่านักวิทยาศาสตร์จะไม่ได้ระบุว่าสภาพอากาศเป็นอย่างไรก่อนหน้าสโนว์บอลโลก แต่สมมติฐานใหม่นี้น่าดึงดูด Macdonald กล่าว “ มันให้กลไกตอบรับเชิงบวก เมื่อคุณเริ่มเย็นตัวแล้วมันจะง่ายขึ้นและง่ายขึ้นในการใส่ละอองกำมะถันมากขึ้นและจากนั้นโลกก็จะเย็นตัวลงเรื่อย ๆ ” เขาอธิบาย กระบวนการนี้จะเกิดขึ้นเร็วมากจนอาจส่งผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศอื่น ๆ ที่อาจทำให้โลกอุ่นขึ้น”

ผู้เชี่ยวชาญคนอื่น ๆ พบว่าแนวคิดของ Macdonald และ Wordsworth น่าสนใจ “ ฉันจะบอกว่ามันอาจเป็นความคิดที่ดีที่สุดที่เรามีเพราะมันขึ้นอยู่กับการสังเกตการณ์” โจเซฟ Kirschvink นักธรณีวิทยาจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งแคลิฟอร์เนียผู้กล่าวคำนี้ว่า ฮาร์วาร์ดบอกว่าเวลาระหว่างภูเขาไฟแฟรงคลินที่อุดมไปด้วยกำมะถันกับสโนว์บอลเอิร์ ธ ทำให้มันเป็นคำอธิบายที่น่าสนใจ แต่“ มันอาจเป็นเรื่องบังเอิญที่ไม่มีความสัมพันธ์กัน” เขาอธิบาย ลินดาโซห์ลบอกว่าทั้งคู่เกิดข้อสมมติฐานที่น่าสนใจแม้ว่าเธอจะพูดว่า“ มันอธิบายเหตุการณ์สโนว์บอลทั้งหมดในประวัติศาสตร์โลกหรือไม่? แทบจะไม่แน่นอน”

ฮอฟฟ์แมนยังชี้ให้เห็นว่าความคิดของนักวิจัยไม่ได้อธิบายเหตุการณ์สโนว์บอลครั้งที่สองที่เกิดขึ้นในไม่ช้าหลังจากครั้งแรกที่เรียกว่า Marinoan glaciation “ ฉันคิดว่านั่นเป็นจุดอ่อนที่สุดในความคิด” เขากล่าว “ เท่าที่เราทราบไม่มีส่วนใดที่เกี่ยวข้องกับการโจมตีครั้งที่สอง” แมคโดนัลด์กล่าวว่าน่าจะมีสักเรื่องหนึ่ง แต่หลักฐานทางธรณีวิทยาจะกลายเป็นระยะเวลานาน แมคโดนัลด์เองไม่เชื่อเขาและเหตุการณ์ในเวอร์ชั่นของเวิร์ดสเวิร์ ธ คือสิ่งที่เกิดขึ้นจริงเมื่อ 717 ล้านปีก่อน “ เราไม่ได้บอกว่าสิ่งนี้จะเกิดขึ้นเพียงว่ามันเป็นไปได้และมันเป็นเรื่องบังเอิญที่น่าประทับใจทีเดียว” เขาอธิบาย

นอกจากความคิดใหม่นี้แล้วแมคโดนัลด์ยังแสดงความระมัดระวังต่อผู้ที่เสนอโครงการ geoengineering โดยใช้ละอองกำมะถันเพื่อต่อสู้กับภาวะโลกร้อน “ มันน่ากลัวเล็กน้อยถ้าเราต้องการเล่นกับอนุภาคเหล่านี้เพื่อรู้ว่าพวกเขาอาจทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศครั้งใหญ่ในอดีต” เขากล่าว “ ในทางกลับกันเราอยู่ในตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ แมวออกมาจากกระเป๋าแล้ว”