Artykuł ten został pierwotnie opublikowany pod adresem Eos. Publikacja przyczyniła się do powstania artykułu na stronie Space.com Głosy ekspertów: op-ed i spostrzeżenia.
Ziemia zamarzła ponad 717 milionów lat temu. Lód pełzał od biegunów do równika, a ciemne morza podlodowcowe dusiły się bez światła słonecznego, które napędzało fotosyntezę. Ziemia stał się nierozpoznawalnym, obcym światem – „Ziemia w kształcie śnieżki”, gdzie nawet woda była zimniejsza niż zamarzania.
W komunikacji przyrodniczej, podali badacze pierwsza zmierzona temperatura morza z ziemskiego epizodu kuli śnieżnej: −15°C ± 7°C. Jeśli ta liczba się utrzyma, będzie to najniższa zmierzona temperatura morza w historii Ziemi.
„Mamy do czynienia ze słonymi solankami” – powiedział Rossa Mitchellageolog w Instytucie Geologii i Geofizyki Chińskiej Akademii Nauk. „Dokładnie to samo można dziś zobaczyć na Antarktydzie” – dodał, z tą różnicą, że ziemskie solanki w postaci kuli śnieżnej były nieco zimniejsze niż dzisiejszy słony błoto pośniegowe pokryte lodem jeziora Vida na Antarktydzie, które wynosi -13°C.
Przeszłość żelaza
Kula śnieżna Sturtiana była niekontrolowaną katastrofą klimatyczną, która nastąpiła, ponieważ lód odbija więcej światła słonecznego niż ląd i woda. Lód odbijał światło słoneczne, co chłodziło planetę, tworząc więcej lodu, który odbijał więcej światła słonecznego i tak dalej, aż cały świat został pogrzebany pod lodowcami, które mogły mieć grubość nawet kilometra.
Ten niezwykły czas pozostawił po sobie niezwykłe skały: zardzewiałe formacje z czerwonego żelaza, które nagromadziły się w miejscach, gdzie lodowce kontynentalne stykały się z pokrytymi lodem morzami. Aby zmierzyć temperaturę Ziemi w kształcie kuli śnieżnej, zespół opracował nowy sposób wykorzystania tego żelaza jako termometru.
Formacje żelaza gromadzą się w wodzie bogatej w rozpuszczone żelazo. Tlen przekształca łatwo rozpuszczalne, zielonkawe żelazo w rdzawo-czerwone żelazo, które pozostaje stałe. Dlatego prawie wszystkie formacje żelaza są starożytne i są pozostałością czasu, zanim ziemska atmosfera zaczęła się napełniać tlenem około 2,4 miliarda lat temu, lub pozostałością niedawnej kuli śnieżnej, kiedy morza były zamknięte pod lodem. Niezdolna do wchłaniania tlenu z powietrza ani z fotosyntezy, ciemna, pokryta lodem woda morska Ziemi pozbawiona jest tlenu w postaci kuli śnieżnej.
Żelazo-56 jest najpopularniejszym izotopem żelaza, ale lżejsze żelazo-54 rdzewieje łatwiej. Kiedy więc żelazo rdzewieje w oceanie, pozostałe rozpuszczone żelazo zostaje wzbogacone w cięższy izotop. W ciągu wielu cykli ograniczonego, częściowego rdzewienia – jak to miało miejsce na beztlenowej Ziemi Archaiku – to wzbogacenie rośnie, dlatego też starożytne formacje żelaza zawierają izotopowo bardzo ciężkie żelazo w porównaniu z minerałami żelaza, które powstały po wypełnieniu ziemskiej atmosfery i oceanów tlenem.
Żelazo na Ziemi w kształcie kuli śnieżnej jest również ciężkie, nawet bardziej niż formacje żelaza z odległej, przedtlenowej przeszłości. Naukowcy zdali sobie sprawę, że wyjaśnieniem może być temperatura: minerały żelaza tworzące się w zimnej wodzie są izotopowo cięższe. Nie wiemy dokładnie, jak gorąco było, gdy gromadziły się starożytne formacje żelaza, ale prawdopodobnie było cieplej niż podczas kuli śnieżnej na Ziemi, kiedy lodowce dotarły do równika. Wykorzystując wcześniejsze szacunki temperatury wody morskiej w Archaiku wynoszące 25°C, zespół obliczył, że wody, które utworzyły ziemskie formacje żelaza w kształcie kuli śnieżnej, były prawdopodobnie o 40°C zimniejsze.
„To bardzo interesujący, nowatorski sposób na uzyskanie czegoś innego z danych dotyczących izotopów żelaza” – powiedział geochemik Andy’ego Hearda z Instytutu Oceanograficznego Woods Hole, który nie był zaangażowany w badanie. „To zabawna, odwrotna sytuacja, w której wykorzystujesz jeszcze starsze skały jako punkt odniesienia do zrozumienia czegoś, co powstało 700 milionów lat temu”.
Heard uważa, że częściowo z powodu tej zacofanej sytuacji badanie najlepiej interpretować jakościowo jako mocny dowód na to, że woda morska była naprawdę zimna, choć może nie na to, że miała dokładnie -15°C.
Zespół przeanalizował także izotopy strontu i baru, aby ustalić, że woda morska na Ziemi była nawet 4 razy bardziej słona niż współczesny ocean. Jochena Brocksa z Australijskiego Uniwersytetu Narodowego, który nie był zaangażowany w badania, stwierdził, że wyniki badaczy pokrywają się z jego własną analizą zasolenia osadów ziemskich w postaci kuli śnieżnej z Australii przeprowadzoną inną metodą. Skały te powstały w solance, która według Brocksa jest wystarczająco słona, aby przed zamarznięciem osiągnąć -7°C. Inna grupa, która doszła do podobnego wniosku przy użyciu różnych metod, sprawia, że ten ekstremalny scenariusz wydaje się o wiele bardziej prawdopodobny, powiedział.
„Bardzo fajnie było otrzymać dodatkowe potwierdzenie, że rzeczywiście było bardzo, bardzo zimno” – powiedział.
Przeczytaj oryginalny artykuł na EOS.org.
