Quả cầu tuyết Trái Đất

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Jump to navigation Jump to search

Quả cầu tuyết Trái Đất đề cập tới giả thuyết rằng bề mặt Trái Đất từng hầu như hay hoàn toàn bị đóng băng ít nhất một lần trong ba giai đoạn từ 650 tới 750 triệu năm trước. Cộng đồng địa chất nói chung chấp nhận giả thuyết này bởi nó giải thích một cách tốt nhất các trầm tích cặn nói chung đoợc coi là có nguồn gốc băng hà tại các vĩ độ nhiệt đới cổ và các đặc điểm bí ẩn khác trong hồ sơ địa chất. Những người phản đối giả thuyết nghi ngờ những hàm ý bằng chứng địa chất về quả cầu tuyết Trái Đất, khả năng địa vật lý của một đại dương bị băng hay tuyết bao phủ,[1][2] và sự khó khăn khi thoát khỏi một điều kiện đóng băng hoàn toàn. Có một số câu hỏi vẫn chưa được giải đáp, gồm cả việc liệu Trái Đất có phải đã từng là một quả cầu tuyết hoàn toàn hay là một "quả cầu nước gần đóng băng" với một dải xích đạo hẹp mở (hay mở theo mùa).

Khung thời gian địa chất theo suy đoán diễn ra ngay trước sự tăng cao bất ngờ của các hình thức sự sống trên Trái Đất được gọi là bùng nổ kỷ Cambri và có thể đã dẫn tới sự sống đa bào trên Trái Đất.

Lịch sử[sửa | sửa mã nguồn]

Sir Douglas Mawson (1882–1958), một nhà địa chất và thám hiểm Nam Cực người Australia đã bỏ hầu hết thời gian trong sự nghiệp của mình nghiên cứu địa tầng học đại Tân Nguyên sinh của miền Nam Australia nơi ông phát hiện những trầm tích băng hà dày và lớn và ở cuối cùng đã dự đoán khả năng đóng băng của Trái Đất.[3]

Tuy nhiên, các ý tưởng Trái Đất đóng băng của Mawson dựa trên sự giả thiết sai lầm rằng vị trí địa lý của Australia, và của các lục địa khác nơi các trầm tích băng hà vĩ độ thấp được tìm thấy, luôn không thay đổi theo thời gian. Với sự tiến bộ của các giả thuyết trôi dạt lục địa, và cuối cùng là lý thuyết đĩa kiến tạo, một sự giải thích dễ dàng hơn cho trầm tích băng hà xuất hiện—chúng đã lắng xuống ở một thời điểm trong lịch sử khi các lục địa ở các vĩ độ cao hơn.

Năm 1964, ý tưởng băng giá trên phạm vi toàn cầu tái xuất hiện khi W. Brian Harland xuất bản một bài viết trong đó ông trình bày dữ liệu từ trường cổ cho thấy rằng những glacial tillites tại SvalbardGreenland đã lắng đọng tại những vĩ độ nhiệt đới.[4] Từ dữ liệu từ trường cổ này, và bằng chứng trầm tích học rằng những trầm tích băng hà làm đứt đoạn những sự tiếp nối của đã thường đi liền vời các vĩ độ nhiệt đới hay ôn hoà, ông cho rằng thời kỳ băng hà đó mạnh mẽ tới mức tạo nên sự trầm lắng của đá băng hà biển tại các vùng nhiệt đới.

Trong những năm 1960, Mikhail Budyko, một nhà khí hậu học người Nga, đã phát triển một mô hình khí hậu cân bằng năng lượng đơn giản để xem xét hiệu ứng của việc băng bao phủ trên khí hậu Trái Đất. Sử dụng mô hình này, Budyko thấy rằng nếu các phiến băng tiến tới xa ra khỏi các vùng cực đủ lớn một sự hoàn ngược tiếp nối theo đó sự phản chiếu (suất phân chiếu) gia tăng của băng dẫn tới sự lạnh thêm và sự hình thành thêm băng cho tới khi toàn bộ Trái Đất bị bao phủ trong băng và ổn định trong một trạng thái cân bằng bao phủ băng mới.[5] Tuy mô hình của Budyko cho thấy rằng suất phân chiếu băng ổn định này có thể diễn ra, ông kết luận rằng nó chưa từng xảy ra, bởi mô hình của ông không cho thấy khả năng thoát khỏi một kịch bản như vậy.

Thuật ngữ "Quả cầu tuyết Trái Đất" (Snowball Earth) được đặt ra bởi Joseph Kirschvink, một giáo sư cổ sinh vật học tại Viện Công nghệ California, trong một bài viết ngắn xuất bản năm 1992 trong một tập sách dày liên quan tới sinh vật học của Đại nguyên sinh.[6] Những đóng góp lớn của tác phẩm này là: (1) sự ghi nhận sự hiện diện của những sự hình thành sắt dải phù hợp với một giai đoạn băng hà như vậy và (2) việc đưa ra một cơ cấu để thoát khỏi mô hình Quả cầu tuyết Trái Đất—sự tích tụ Bản mẫu:Co2 khí thoát ra từ núi lửa dẫn tới một hiệu ứng siêu khí nhà kính.

Sự quan tâm tới lý thuyết Quả cầu tuyết Trái Đất gia tăng nhanh chóng sau khi Paul F. Hoffman, giáo sư địa lý tại Đại học Harvard, người đã áp dụng các ý tưởng của Kirschvink vào một chuỗi các trầm tích Đại nguyên sinh tại Namibia, tăng khả năng cho giả thuyết bằng cách đưa vào các khám phá như sự xuất hiện của mũ carbonate, và xuất bản các kết quả của chúng trong tạp chí Science năm 1998.[7]

Hiện tại, các khía cạnh của các giả thuyết vẫn đang gây tranh cãi và nó đang bị tranh luận dưới sự bảo trợ của Chương trình Khoa học Địa chất Quốc tế (IGCP) Dự án 512: Các kỷ Băng hà Đại nguyên sinh.[8]

Bằng chứng[sửa | sửa mã nguồn]

Giả thuyết Quả cầu tuyết Trái Đất ban đầu được đưa ra để giải thích sự hiện diễn rõ ràng của các dòng sông băng tại các vĩ độ nhiệt đới.[9] Mô hình cho rằng một khi các dòng sông băng trải dài tới trong 30°Của xích đạo, một sựhoàn ngược suất phân chiếu băng (ice-albedo feedback) sẽ dẫn tới việc băng nhanh chóng tiến tới xích đạo.*[10] Vì thế, sự hiện diện của các trầm tích băng dường như bên trong các chí tuyến có vẻ chỉ ra sự bao phủ băng toàn cầu.

Vì thế, điều mấu chốt cho một sự đánh giá khả năng của lý thuyết là một sự thấu hiểu độ tin cậy và tầm quan trọng của bằng chứng dẫn tới niềm tin rằng băng từng bao phủ tới các chí tuyến. Bằng chứng này phải chứng minh hai điều:

  1. rằng một lòng sông có chứa các cấu trúc trầm tích mà chỉ có thể đã được tạo ra bởi hoạt động băng;
  2. rằng lòng sông nằm bên trong các chí tuyến khi nó có trầm tích.

Trong một giai đoạn băng hoá toàn cầu, nó cũng phải được chứng minh rằng

3. các dòng sông băng hoạt động tại các địa điểm toàn cầu khác nhau trong cùng thời điểm, và rằng không có những trầm tích khác cùng thời kỳ tồn tại.

Điểm cuối cùng rất khó để chứng minh. Trước Ediacaran, các dấu vết sinh học địa tầng thường được sử dụng để làm quan hệ tương quan không tồn tại; vì thế không có cách nào để chứng minh rằng đá ở các địa điểm khác nhau trên khắp thế giới đã lắng đọng trong cùng thời gian. Điều tốt nhất chúng ta có thể làm được là ước tính tuổi của đá bằng các biện pháp phóng xạ, vốn hiếm khi có độ chính xác kém hơn vài triệu năm.[11]

Hai điểm đầu tiên thường là nguồn lý luận trên một cơ sở cho từng trường hợp. Nhiều đặc điểm băng hà có thể cũng được tạo ra bởi các biện pháp phi băng hà, và ước tính vĩ độ của các khối lục địa thậm chí nhỏ như 200 triệu năm về trước có thể gặp nhiều khó khăn.[12]

Từ tính cổ[sửa | sửa mã nguồn]

Giả thuyết Quả cầu tuyết Trái Đất lần đầu tiên được đưa ra để giải thích cái mà khi ấy được coi là các trầm tích băng hà gần xích đạo. Bởi các lục địa trôi dạt theo thời gian, việc xác định chắc chắn vị trí của chúng ở một thời điểm cho trước trong lịch sử không phải không quan trọng. Ngoài việc xem xét các lục địa sẽ được chắp nối với nhau thế nào, vĩ độ nơi một viên đá lắng đọng có thể được xác định bằng từ tính cổ.

Khi đá trầm tích hình thành, các khoáng chất từ tính bên trong chúng thường có xu hướng tự sắp đặt theo từ trường Trái Đất. Qua việc đo đạc chính xác từ tính cổ này, có thể ước tính vĩ độ (nhưng không tính được kinh độ) nơi viên đá hình thành. Các đo đạc từ tính cổ đã cho thấy một số trầm tích có nguồn gốc băng hà trong đá Neoproterozoic đã lắng đọng bên trong 10 độ của xích đạo,[13] dù mức độ chính xác của sự tái hiện này vẫn bị nghi ngờ.[11] Vị trí từ tính cổ này của các trầm tích băng hà hiển nhiên (như các dropstone) đã được lấy để cho rằng các dòng sông băng đã mở rộng tới mức độ mực nước biển tại các vĩ độ nhiệt đới. Vẫn không rõ liệu điều này có thể được lấy để ngụ ý về một tình trạng đóng băng toàn cầu, hay sự tồn tại của các chế độ băng hà có địa điểm, có thể nằm kín trong lục địa.[14] Những người khác thậm chí còn cho rằng hầu hết dữ liệu không ngăn cản bất kỳ trầm tích băng hà nào tới trong 25°Của xích đạo.[15]

Những người hoài nghi cho rằng dữ liệu từ tính cổ có thể bị sai lạc nếu từ trường Trái Đất từng khác biệt so với ngày nay. Dự trên tỷ lệ lạnh đi của lõi Trái Đất, có thể trong thời Đại nguyên sinh, từ trường của nó không gần giống một sự phân bố lưỡng cực, với một Cực bắc và Cực nam gần thẳng hàng với trục của Trái Đất như ngày nay. Thay vào đó, một lõi nóng hơn có thể đã lan truyền mạnh hơn và có thể dẫn tới sự phát sinh 4, 8 hay nhiều hơn số cực. Dữ liệu từ tính cổ khi ấy phải được giải thích lại như các phần tử có thể sắp xếp hướng về một 'Cực Tây' thay vì Cực bắc.

Một điểm yếu khác của việc dựa trên dữ liệu từ tính cổ là sự khó khăn trong việc quyết định liệu tín hiệu từ trường ghi được là nguyên gốc, hay liệu nó đã được sắp đặt lại bởi hoạt động sau này. Ví dụ, một ngọn núi phát sinh Bản mẫu:Wict sẽ tạo ra nước nòng như một sản phẩm phụ của các phản ứng biến dạng; nước này có thể chảy tới những vỉa đá cách xa hàng nghìn kilômét và sắp đặt lại tín hiệu từ trường của chúng. Điều này dẫn tới việc tính chất xác thực của đã có tuổi hơn vài triệu năm sẽ khó để được xác định mà không có những quan sát khoáng vật học kỹ lưỡng.[16]

Hiện chỉ có một trầm tích, trầm tích Elatina của Australia, rõ ràng đã lắng đọng tại các vĩ độ thấp; thời điểm lắng đọng của nó được xác định khá rõ, và tín hiệu rõ ràng là nguyên thuỷ.[17]

Trầm tích băng hà vĩ độ thấp[sửa | sửa mã nguồn]

Diamictite của Thành tạo Pocatello Tân đại nguyên sinh, một trầm tích kiểu 'quả cầu tuyết Trái Đất'—

Những viên đá trầm tích đã lắng đọng bởi những dòng sông băng có những đặc điểm riêng biệt cho phép nhận dạng chúng. Từ lâu trước sự xuất hiện của giả thuyết Quả cầu tuyết Trái Đất nhiều trầm tích trầm tích Tân đại nguyên sinh đã được cho là có nguồn gốc băng hà, gồm cả một số rõ ràng tại các vĩ độ nhiệt đới ở thời điểm lắng đọng. Tuy nhiên, cũng cần nhớ rằng nhiều đặc điểm trầm tích theo truyền thống thường gắn liền với các dòng sông băng cũng có thể được thành tạo bởi những phương pháp khác.[18] Vì thế nguồn gốc băng hà của nhiều trong số các lý lẽ cho Quả cầu tuyết Trái Đất đã bị nghi vấn.[11] Ở thời điểm năm 2007, chỉ có một thứ "rất đáng tin cậy" – vẫn bị nghi vấn[11] – điểm đã biết xác định các tillites nhiệt đới,[13] khiến những ý kiến về việc băng bao phủ xích đạo có vẻ hơi quá tự tin. Bằng chứng của nguồn gốc có thể là băng hà của trầm tích gồm:

  • Dropstones (những viên đá rơi vào trong các trầm tích biển), có thể bị lắng đọng bởi các dòng sông băng hay các hiện tượng khác.[19]
  • Varves (các lớp trầm tích hàng năm tại các hồ quanh sông băng), có thể hình thành ở những nhiệt độ cao hơn.[20]
  • Các đường vạch băng hà (được hình thành bởi đá bị nén cọ xát vào nền đá): các đường vạch tương tự theo thời gian được hình thành bởi các vận động địa chất hay các dòng bùn.[21]
  • Các diamictite (các kết khối không được sắp xếp tốt). Ban đầu được miêu tả như sét tảng lăn băng hà, trên thực tế hầu hết được hình thành bởi các dòng mảnh vụn.[11]

Trầm tích nước không đóng băng[sửa | sửa mã nguồn]

Có lẽ là một số trầm tích được hình thành trong thời kỳ Quả cầu tuyết chỉ có thể đã được hình thành với sự hiện diện của một chu kỳ thuỷ học tích cực. Những dải trầm tích băng hà lên tới chiều dày hàng trăm mét, bị chia cách bởi những dải nhỏ (mét) trầm tích phi băng hà, cho thấy các dòng sông băng từng chảy ra và lại được hình thành nối tiếp; những đại dương vững chắc sẽ không cho phép mức độ trầm tích như vậy.[22] Có thể những dòng suối băng như đã thấy tại Nam Cực ngày nay có thể là nguyên nhân của những dãy liên tục đó. Hơn nữa, các đặc điểm trầm tích chỉ có thể hình thành ở vùng nước mở, ví dụ các gợn sóng do nước, các bụi rác băng trôi di chuyển với khoảng cách xa và các dấu hiệu của hoạt động quang hợp, có thể được thấy trên khắp các trầm tích có niên đại từ các thời kỳ 'Quả cầu tuyết Trái Đất'. Trong khi những đặc điểm đó có thể thể hiện 'các ốc đảo' nước tan chảy trên một Trái Đất hoàn toàn đóng băng,[23] mô hình máy tính cho thấy rằng những khu vực lớn của đại dương phải ở tình trạng không đóng băng khiến giả thuyết một quả cầu tuyết "cứng" là không thể về các mặt cân bằng năng lượng và các mô hình lưu thông chung.[24]

Các tỷ lệ đồng vị carbon[sửa | sửa mã nguồn]

Có hai chất đồng vị bền vững của carbon trong nước biển: carbon-12 (12C) và carbon-13 (13C) hiếm, chiếm khoảng 1.109 phần trăm mọi đồng vị carbon.

Các quá trình sinh hoá, mà quang hợp là một, thường có khuynh hướng tích hợp các đồng vị nhẹ 12. Vì thế, các sinh vật quang hợp sống trong đại dương, cả sinh vật đơn bàotảo, thường có rất ít 13C, so với sự phong phú có trong các nguồn núi lửa nguyên thủ của carbon Trái Đất. Vì thế, một đại dương với đời sống quang hợp sẽ có tỷ lệ 12C/13C cao hơn bên trong các tàn tích hữu cơ, và một tỷ lệ thấp hơn trong nước biển. Thành phần hữu cơ của các trầm tích hoá đã sẽ luôn nhỏ, nhưng có thể đo được, ở thành phần 13C.

Trong giai đoạn Quả cầu tuyết Trái Đất như dự đoán, có những sự thay đổi nhanh và mạnh trong thành phần 13C với 12C.[25] Điều này thích hợp với một tình trạng lạnh sâu giết hại hầu hết toàn bộ đời sống quang hợp – dù các cơ cấu khác, như nhả sàng, cũng có thể gây ra những sự thay đổi như vậy. Việc phân tích gần thời điểm của 13C 'spikes' trong các trầm tích trên khắp Trái Đất cho phép nhận ra bốn, có thể là năm, sự kiện băng hà ở cuối thời Tân đại nguyên sinh.[26] Tuy nhiên, dấu vết địa tầng của Oman có một sự lệch hướng đồng vị carbon âm lớn (bên trong Thành tạo Shuram[27]) khác so với bất kỳ bằng chứng băng hà nào[28] đặt ra sự nghi ngờ mạnh mẽ về sự liên kết hệ thống của sự lệch đồng vị âm và các sự kiện băng hà[29].

Các thành tạo dải sắt[sửa | sửa mã nguồn]

Tảng đá 2.1 tỷ năm tuổi với dải đá sắt đen

Các thành tạo dải sắt (BIF) là đá trầm tích của sắt ôxít xếp tầng và đá phiến silic ít sắt. Với sự hiện diện của ôxi, sắt bị rỉ một cách tự nhiên và trở nên hoà tan được trong nước. Các thành tạo dải sắt thường là rất cổ và sự trầm lắng của chúng thường liên quan tới sự ôxi hoá của khí quyển Trái Đất trong thời kỳ Paleoproterozoic, khi sắt hoà tan trong nước tiếp xúc với ôxi được tạo ra nhờ quang hợp và kết tủa thành sắt ôxít.

Thay đổi tính axít[sửa | sửa mã nguồn]

Biến đổi khí hậu tuần hoàn[sửa | sửa mã nguồn]

Cơ cấu[sửa | sửa mã nguồn]

Việc bắt đầu một sự kiện Trái Đất tuyết sẽ liên quan đến một số cơ chế làm lạnh ban đầu, dẫn đến sự gia tăng độ phủ sóng của tuyết và băng trên trái đất. Sự gia tăng băng tuyết và băng của Trái đất sẽ làm gia tăng sự albedo của Trái Đất, điều này sẽ dẫn đến phản hồi tích cực đối với việc làm mát. Nếu đủ tuyết và đá tích tụ, sẽ dẫn đến việc làm mát không chạy. Phản hồi tích cực này được tạo điều kiện bởi sự phân bố lục địa xích đạo, cho phép băng tích tụ ở các vùng gần xích đạo, nơi bức xạ mặt trời là trực tiếp nhất. Nhiều cơ chế kích hoạt có thể có thể là nguyên nhân của sự khởi đầu của trái đất tuyết như sự phun trào của một siêu nguyên tử, giảm nồng độ khí quyển trong khí quyển như khí mê-tan và / hoặc carbon dioxide, thay đổi sản lượng năng lượng mặt trời hoặc các sự xáo động của trái đất quỹ đạo. Bất kể kích hoạt, kết quả làm mát ban đầu làm tăng diện tích bề mặt trái đất được phủ bởi băng và tuyết, và băng và tuyết bổ sung phản ánh năng lượng mặt trời trở lại không gian, làm mát thêm Trái đất và tăng diện tích bề mặt trái đất bao phủ bởi băng và tuyết. Vòng phản hồi tích cực này cuối cùng có thể tạo ra một đường xích băng đông lạnh như hiện đại ở Nam Cực. Sự nóng lên toàn cầu liên quan đến sự tích tụ nhiều lượng khí carbon dioxide trong bầu khí quyển trong hàng triệu năm, chủ yếu là do hoạt động núi lửa gây ra, là sự kích hoạt cho sự tan chảy Trái Đất tuyết. Do phản hồi tích cực cho sự tan chảy, sự tan chảy cuối cùng của tuyết và băng bao phủ hầu hết bề mặt trái đất sẽ chỉ cần một thiên niên kỷ.

Phân phối ở lục địa[sửa | sửa mã nguồn]

Sự phân bố nhiệt đới của các lục địa, có lẽ là phản trực giác, là cần thiết để cho phép bắt đầu Trái đất tuyết. Thứ nhất, các lục địa nhiệt đới có tính phản chiếu hơn đại dương, và do đó hấp thụ nhiệt ít hơn của mặt trời: hầu hết sự hấp thụ năng lượng mặt trời trên trái đất ngày nay xảy ra ở các đại dương nhiệt đới. Hơn nữa, các lục địa nhiệt đới chịu nhiều lượng mưa hơn, dẫn đến sự gia tăng dòng chảy và xói mòn của sông. Khi tiếp xúc với không khí, đá silicat chịu các phản ứng thời tiết mà loại bỏ khí carbon dioxide khỏi khí quyển. Các phản ứng này diễn ra dưới dạng tổng quát: khoáng chất tạo đá + CO2 + H2O → cation + bicacbonat + SiO2. Một ví dụ của phản ứng như vậy là thời tiết của wollastonit: CaSiO3 + 2CO2 + H2O → Ca2 + SiO2 + 2HCO3- Các cation canxi được giải phóng phản ứng với bicarbonate hoà tan trong đại dương để hình thành canxi cacbonat dưới dạng một trầm tích kết tủa hóa học. Điều này làm cho lượng khí carbon dioxide, khí nhà kính, từ không khí vào bầu khí quyển, và trong trạng thái ổn định về quy mô thời gian địa lý, làm giảm lượng khí các-bon điôxít phát ra từ các núi lửa vào khí quyển. Sự thiếu sót của các trầm tích phù hợp cho phân tích làm cho việc phân bố lục địa chính xác trong thời kỳ Neoproterozoi rất khó thiết lập. Một số tái tạo lại hướng về các lục địa cực - vốn là đặc điểm của các băng tan chính khác, tạo ra một điểm mà băng có thể tạo ra hạt nhân. Những thay đổi trong mô hình lưu thông đại dương sau đó có thể đã cung cấp kích hoạt của trái đất tuyết. Các yếu tố bổ sung có thể đã góp phần vào sự khởi đầu của quả cầu tuyết Neoproterozoi bao gồm việc đưa ra oxy không khí trong khí quyển, có thể đã đạt đến đủ lượng để phản ứng với mêtan trong khí quyển, oxy hóa nó thành carbon dioxide, khí nhà kính yếu hơn và trẻ hơn -Mã mờ-Sun, có thể phát ra ít hơn 6 phần trăm bức xạ trong Neoproterozoic. Thông thường, khi Trái Đất lạnh hơn do sự biến động khí hậu tự nhiên và những thay đổi trong bức xạ mặt trời đến, làm mát làm chậm phản ứng thời tiết. Kết quả là ít đi cácbon điôxit được loại bỏ khỏi bầu khí quyển và trái đất nóng lên khi khí nhà kính thu được - quá trình phản ứng tiêu cực này làm hạn chế mức độ làm mát. Tuy nhiên, trong giai đoạn Cryogenian, các lục địa của Trái đất đều ở các vĩ độ nhiệt đới, làm cho quá trình điều hoà này kém hiệu quả hơn, vì tỷ lệ thời tiết cao vẫn tiếp tục trên đất thậm chí khi Trái đất nguội đi. Điều này cho phép băng vượt ra ngoài vùng cực. Khi băng lên tới 30 ° của đường xích đạo, một phản hồi tích cực có thể xảy ra như vậy làm tăng phản xạ (albedo) của băng dẫn đến việc làm lạnh thêm và tạo ra nhiều băng hơn, cho đến khi toàn thể Trái Đất băng tan. Các lục địa cực, do tốc độ bốc hơi thấp, quá khô để cho phép lắng đọng cacbon đáng kể - hạn chế lượng cacbon điôxit trong khí quyển có thể được loại bỏ khỏi chu kỳ cacbon. Sự gia tăng dần dần tỷ lệ đồng vị cacbon-13 so với cacbon-12 trong trầm tích trước thời kỳ băng hà "toàn cầu" cho thấy CO2 rút xuống trước Trái đất tuyết là một quá trình chậm và liên tục. Sự bắt đầu của quả cầu tuyết Trái đất luôn luôn được đánh dấu bởi sự suy giảm mạnh trong giá trị δ13C của trầm tích, một dấu hiệu có thể là do sự sụp đổ về năng suất sinh học do hậu quả của nhiệt độ lạnh và băng băng bao phủ đại dương. Vào tháng 1 năm 2016, Gernon et al. đề xuất một "giả thuyết nông cạn" liên quan đến sự tan rã của siêu lục địa Rodinia, liên kết vụ phun trào và sự thay đổi nhanh chóng của hyaloclastites dọc theo các rặng cạn đến sự gia tăng khối lượng kiềm trong một đại dương với lớp băng dày. Gernon và cộng sự chứng minh rằng sự gia tăng tính kiềm trong suốt quá trình đóng băng là đủ để giải thích độ dày của cacbonat cap được hình thành sau sự kiện Snowball Earth.

Trong suốt thời kỳ đông lạnh[sửa | sửa mã nguồn]

Nhiệt độ toàn cầu xuống thấp đến mức đường xích đạo lạnh như Nam Cực Hiện đại. Nhiệt độ thấp này được duy trì bởi albedo cao của các tảng băng, phản ánh phần lớn năng lượng mặt trời vào không gian. Việc thiếu các đám mây giữ lại nhiệt do hơi nước đóng băng ra khỏi khí quyển, làm tăng hiệu ứng này.

Sự băng hà toàn cầu kết thúc[sửa | sửa mã nguồn]

Mức độ cácbon điôxít cần thiết để làm tan chảy trái đất đã được ước tính là 350 lần so với ngày nay, khoảng 13% khí quyển. [57] Kể từ khi trái đất gần như được bao phủ toàn bộ băng, carbon dioxide không thể bị rút khỏi bầu khí quyển bằng cách giải phóng các ion kim loại kiềm thoát ra khỏi các lớp silic. Trong vòng 4 đến 30 triệu năm, lượng khí CO2 và khí mê-tan lớn, chủ yếu phát ra từ núi lửa mà còn do các vi sinh biến đổi cacbon hữu cơ bị mắc kẹt dưới lớp băng thành khí, [58] sẽ tích tụ lại và cuối cùng gây ra hiệu ứng nhà kính đủ lớn để làm cho băng bề mặt tan chảy trong vùng nhiệt đới cho đến khi một dải đất và nước đóng băng không biến mất, [59] sẽ tối hơn băng, và do đó hấp thụ nhiều năng lượng hơn từ mặt trời - bắt đầu "phản hồi tích cực". Sự mất ổn định của các lượng hydrocacbon mêtan bị khóa trong các lớp đất đóng băng vĩnh cửu thấp cũng có thể đóng vai trò kích hoạt và / hoặc phản hồi tích cực mạnh mẽ đối với sự thoái hóa và sự nóng lên. Trên các lục địa, sự tan chảy của băng hà sẽ giải phóng một lượng lớn trầm tích băng giá, sẽ ăn mòn và thời tiết. Các trầm tích kết quả được cung cấp cho đại dương sẽ có nhiều chất dinh dưỡng như phốt pho, kết hợp với sự dư thừa của CO2 sẽ gây ra sự bùng nổ dân số cyanobacteria, gây ra sự oxy hóa khí quyển tương đối nhanh, có thể đã góp phần làm tăng Sinh học Ediacaran và vụ nổ Cambri tiếp theo - hàm lượng oxy cao hơn cho phép phát triển các dạng sống đa bào lớn. Mặc dù vòng lặp phản hồi tích cực sẽ làm tan băng theo trật tự ngắn về địa chất, có lẽ ít hơn 1.000 năm, việc bổ sung oxy trong khí quyển và sự giảm lượng CO2 sẽ kéo dài nhiều thiên niên kỷ nữa. Có thể mức độ CO2 đã giảm xuống đủ để Trái đất đóng băng lại; chu kỳ này có thể đã được lặp lại cho đến khi lục địa trôi dạt đến các vĩ độ cực [61]. Bằng chứng gần đây cho thấy nhiệt độ đại dương lạnh hơn, khả năng cao hơn của các đại dương để giải thể các chất khí dẫn đến hàm lượng cacbon trong nước biển bị oxy hóa nhanh hơn để làm giảm đi lượng cacbon điôxit. Điều này dẫn trực tiếp đến sự gia tăng lượng khí carbon dioxide trong khí quyển, tăng cường sự ấm lên của nhà kính trên bề mặt trái đất, và ngăn chặn toàn bộ trạng thái tuyết. [62] Trong hàng triệu năm, cryoconite sẽ tích tụ bên trong và bên trong băng. Các vi sinh vật gây bệnh tâm thần, tro núi lửa và bụi từ các vị trí không có băng sẽ lắng xuống trên băng có diện tích vài triệu cây số vuông. Một khi băng bắt đầu tan chảy, các lớp này sẽ trở nên nhìn thấy và tô màu cho các bề mặt băng giá tối, giúp đẩy nhanh tiến trình [63]. Ánh sáng tia cực tím từ mặt trời cũng sẽ tạo ra hydrogen peroxide (H2O2) khi nó va chạm các phân tử nước. Thông thường hydrogen peroxide bị phá vỡ bởi ánh sáng mặt trời, nhưng một số sẽ bị mắc kẹt bên trong băng. Khi các sông băng bắt đầu tan chảy, nó sẽ được giải phóng trong cả đại dương và khí quyển, nơi nó được phân chia thành các phân tử nước và oxy, dẫn đến sự gia tăng oxy trong khí quyển. [64]

Giả thuyết Trái đất Slushball[sửa | sửa mã nguồn]

Mặc dù sự hiện diện của sông băng không bị tranh cãi, nhưng ý tưởng cho rằng toàn bộ hành tinh này bị băng đá che đậy nhiều hơn, khiến một số nhà khoa học đặt ra một "quả địa cầu trượt tuyết", trong đó có một dải nước không có băng, hoặc băng tan xung quanh đường xích đạo, cho phép một chu trình thủy văn tiếp tục. Giả thuyết này kháng cáo các nhà khoa học đã quan sát được một số đặc điểm của hồ trầm tích chỉ có thể được hình thành dưới nước mở hoặc đá chuyển động nhanh (điều này đòi hỏi một nơi nào đó băng tan để di chuyển tới). Nghiên cứu gần đây đã chỉ ra chu kỳ hoá địa hoá trong các đá hỗn hợp, cho thấy các thời kỳ "tuyết" được chấm dứt bởi những đợt ấm, tương tự như các chu kỳ tuổi của băng đá trong lịch sử Trái Đất gần đây. Những nỗ lực xây dựng các mô hình máy tính của quả cầu tuyết Trái đất cũng đã phải vật lộn để có thể che phủ toàn cầu băng mà không có sự thay đổi cơ bản trong các luật và hằng số điều khiển hành tinh này. Một giả thuyết trái đất tuyết rơi ít hơn rất nhiều bao gồm việc liên tục phát triển cấu hình lục địa và sự thay đổi trong lưu thông đại dương. [65] Bằng chứng tổng hợp đã tạo ra các mô hình cho thấy một "quả địa cầu trượt tuyết", [66], nơi hồ sơ địa tầng không cho phép khai thác toàn bộ sự đóng băng toàn cầu [65]. Giả thuyết ban đầu của Kirschivink [10] đã nhận ra rằng những vũng nước nóng nhiệt đới sẽ được trông đợi sẽ tồn tại trong quả đất tuyết. Giả thuyết Trái đất tuyết Trái đất không giải thích sự thay đổi của các sự kiện băng tan và interglacial, cũng như sự dao động của các mặt cắt băng keo. [67]

Tranh cãi khoa học[sửa | sửa mã nguồn]

Lập luận chống lại giả thuyết này là bằng chứng cho thấy sự biến động của lớp phủ băng và tan chảy trong các trầm tích "quả cầu tuyết". Bằng chứng về sự tan chảy này xuất phát từ các bằng chứng của các tảng đá trôi nổi, [32] các bằng chứng địa hoá về chu kỳ khí hậu, [44] và các trầm tích biển lẫn đá trầm tích. Một bản ghi dài hơn từ Oman, bị hạn chế đến 13 ° N, bao gồm khoảng thời gian 712 đến 545 triệu năm trước - một khoảng thời gian chứa băng hà Sturtian và Marinoan - và cho thấy sự lắng đọng băng và băng không. [68] Đã có nhiều khó khăn trong việc tạo lại Trái Đất tuyết với mô hình khí hậu toàn cầu. Các GCM đơn giản với các đại dương hỗn hợp có thể được làm để đóng băng tới đường xích đạo; một mô hình phức tạp hơn với một đại dương năng động đầy đủ (mặc dù chỉ có một mô hình băng đá nguyên thủy) đã thất bại trong việc hình thành băng biển tới đường xích đạo [69]. Thêm vào đó, mức CO2 cần thiết để làm tan băng phủ toàn cầu đã được tính toán là 130.000 ppm, [57] được một số người coi là lớn bất hợp lý. Dữ liệu đồng vị Strontium đã được tìm thấy là trái ngược với các mô hình trái đất tuyết cầu của silicát tắt máy thời tiết trong thời gian băng hà và tỷ lệ nhanh chóng ngay sau khi băng hà. Do đó, khí mê tan thoát ra từ băng tuyết phủ trong quá trình vi phạm biển đã được đề xuất là nguồn của chuyến đi carbon đo lớn trong thời gian ngay sau khi đóng băng [70].

Giả thuyết "Zipper Rift"

Nick Eyles cho rằng Trái đất tuyết Tuyền Neoproterozoi thực tế không khác gì so với bất kỳ sự băng hà nào khác trong lịch sử Trái đất, và những nỗ lực tìm ra một nguyên nhân đơn lẻ có thể sẽ kết thúc trong thất bại. [18] Giả thuyết "Zipper Rift" đề xuất hai xung xung quanh việc "giải phóng" lục địa, tức là sự tan rã của siêu lục địa Rodinia, tạo thành vùng thượng lưu Thái Bình Dương; sau đó sự chia tách của lục địa Baltica từ Laurentia, tạo thành đại dương-trùng hợp với thời kỳ băng hà. Việc nâng cao kiến ​​tạo địa tầng có thể hình thành các cao nguyên cao, giống như sự đứt gãy Đông Phi là nguyên nhân của địa hình cao; vùng đất cao này sau đó có thể chứa băng hà. Các thành tạo sắt dải đã được coi là bằng chứng không thể tránh khỏi đối với lớp phủ băng toàn cầu, vì chúng yêu cầu các ion sắt tan và nước anoxic tạo thành; tuy nhiên, mức độ hạn chế của trầm tích sắt Neoproterozoi có nghĩa là chúng có thể không hình thành ở các đại dương đông lạnh, mà thay vào đó là ở biển nội địa. Những vùng biển như vậy có thể trải nghiệm một loạt các hóa học; tỷ lệ bốc hơi cao có thể tập trung ion sắt, và việc thiếu lưu thông định kỳ có thể cho phép nước đáy anoxic hình thành. Lục địa dời ra, với sự sụt lún liên quan, có khuynh hướng tạo ra các vùng nước ở ngoài khơi. Sự biến dạng này và sự sụt lún liên quan sẽ tạo ra không gian để lắng đọng nhanh trầm tích, phủ nhận sự cần thiết cho sự tan chảy to lớn và nhanh chóng để làm tăng mực nước biển toàn cầu.

Giả thuyết độ nghiêng cao

Một lý thuyết cạnh tranh để giải thích sự hiện diện của băng trên các lục địa xích đạo là độ nghiêng trục của trái đất khá cao, trong khoảng 60 °, có thể đặt đất của Trái đất ở "vĩ độ" cao, mặc dù các bằng chứng hỗ trợ là khan hiếm [71]. Một khả năng ít hơn có thể là nó chỉ đơn thuần là cực từ của Trái đất mà đi lang thang tới độ nghiêng này, vì các từ đọc cho thấy các lục địa chứa đầy nước đá phụ thuộc vào cực từ và cực quay tương đối tương tự. Trong một trong hai tình huống này, sự đóng băng sẽ được giới hạn trong các khu vực tương đối nhỏ, như trường hợp ngày nay; những thay đổi nghiêm trọng của khí hậu Trái đất là không cần thiết.

Trao đổi quán tính biến đổi cực cực thực

Các bằng chứng cho các trầm tích băng tan ở vĩ độ thấp trong các đợt tuyết rơi Trái đất được cho là đã được giải thích lại thông qua khái niệm về sự trao đổi quán tính (Wert Wander polarization) (IITPW) [72] [73]. Giả thuyết này, được tạo ra để giải thích dữ liệu về từ trường, cho thấy trục quay của Trái Đất chuyển một hoặc nhiều lần trong khung thời gian chung do Trái đất tuyết. Điều này có thể tạo ra sự phân bố tương đối của các trầm tích băng giá mà không yêu cầu bất kỳ chúng được lưu giữ ở vĩ độ xích đạo. [74] Trong khi các vật lý đằng sau đề xuất là âm thanh, việc loại bỏ một điểm dữ liệu thiếu sót từ nghiên cứu ban đầu làm cho việc áp dụng khái niệm trong những trường hợp này không chính đáng [75]. Một số giải thích khác cho bằng chứng đã được đề xuất.

Khả năng tồn tại của sự sống qua các giai đoạn đóng băng[sửa | sửa mã nguồn]

A black smoker, a type of hydrothermal vent

Những sự liên quan[sửa | sửa mã nguồn]

Tác động trên sự tiến hoá thời kỳ đầu[sửa | sửa mã nguồn]

Dickinsonia costata, an Ediacaran organism of unknown affinity, with a quilted appearance.

Sự diễn ra và thời gian của Quả cầu tuyết Trái Đất[sửa | sửa mã nguồn]

Xem thêm[sửa | sửa mã nguồn]

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ Kirschvink, J.L. (1992). “Late Proterozoic low-latitude global glaciation: The snowball Earth”. Trong Schopf, JW, and Klein, C. The Proterozoic Biosphere: A Multidisciplinary Study (PDF). Cambridge University Press, Cambridge. tr. 51–2. 
  2. ^ Allen, Philip A.; Etienne, James L. (2008). “Sedimentary challenge to Snowball Earth”. Nature Geoscience 1: 817. doi:10.1038/ngeo355. 
  3. ^ A. R. Alderman; C. E. Tilley (1960). “Douglas Mawson, 1882-1958”. Biographical Memoirs of Fellows of the Royal Societyl 5: 119–127. doi:10.1098/rsbm.1960.0011. 
  4. ^ W. B. Harland (1964). “Critical evidence for a great infra-Cambrian glaciation”. International Journal of Earth Sciences 54 (1): 45–61. 
  5. ^ M.I. Budyko (1969). “Effect of solar radiation variation on climate of Earth”. Tellus 21 (5): 611–1969. 
  6. ^ Kirschvink, Joseph (1992). “Late Proterozoic low-latitude global glaciation: the Snowball Earth”. Trong J. W. Schopf; C. Klein. The Proterozoic Biosphere: A Multidisciplinary Study. Cambridge University Press. 
  7. ^ doi:10.1126/science.281.5381.1342
    Hoàn thành chú thích này
  8. ^ “イメクラ、オナクラ、手コキなど専門店について”. Truy cập 30 tháng 4 năm 2015. 
  9. ^ Harland, W.B. (1964). “Critical evidence for a great infra-Cambrian glaciation” (PDF). International Journal of Earth Sciences 54 (1): 45–61. Truy cập ngày 11 tháng 3 năm 2008. 
  10. ^ Budyko, M.I. (1969). “The effect of solar radiation variations on the climate of the earth.”. Tellus 21: 611–9. 
  11. ^ a ă â b c Eyles, N.; Januszczak, N. (2004). 'Zipper-rift': A tectonic model for Neoproterozoic glaciations during the breakup of Rodinia after 750 Ma” (PDF). Earth-Science Reviews 65 (1–2): 1–73. Bibcode:2004ESRv...65....1E. doi:10.1016/S0012-8252(03)00080-1. Truy cập ngày 4 tháng 5 năm 2007.  Lỗi chú thích: Thẻ <ref> không hợp lệ: tên “Eyles2004” được định rõ nhiều lần, mỗi lần có nội dung khác
  12. ^ Briden, J.C.; Smith, A.G.; Sallomy, J.T. (1971). “The geomagnetic field in Permo-Triassic time”. Geophys. JR astr. Soc. 23: 101–117. doi:10.1111/j.1365-246X.1971.tb01805.x (không tích cực ngày 25 tháng 6 năm 2008). 
  13. ^ a ă D.A.D. Evans (2000). “Stratigraphic, geochronological, and palaeomagnetic constraints upon the Neoproterozoic climatic paradox”. American Journal of Science 300 (5): 347–433. doi:10.2475/ajs.300.5.347.  Lỗi chú thích: Thẻ <ref> không hợp lệ: tên “Evans” được định rõ nhiều lần, mỗi lần có nội dung khác
  14. ^ Young, G.M. (ngày 1 tháng 2 năm 1995). “Are Neoproterozoic glacial deposits preserved on the margins of [[Laurentia]] related to the fragmentation of two [[supercontinent]]s?”. Geology 23 (2): 153–6. doi:10.1130/0091-7613(1995)023<0153:ANGDPO>2.3.CO;2. Truy cập ngày 27 tháng 4 năm 2007.  Tựa đề URL chứa liên kết wiki (trợ giúp)
  15. ^ Meert, J.G.; Van Der Voo, R. (1994). “The Neoproterozoic (1000-540 Ma) glacial intervals: No more snowball earth?”. Earth and Planetary Science Letters 123 (1-3): 1–13. doi:10.1016/0012-821X(94)90253-4. 
  16. ^ Meert, J.G.; Van Der Voo, R.; Payne, T.W. (1994). “Paleomagnetism of the Catoctin volcanic province: A new Vendian-Cambrian apparent polar wander path for North America”. Journal of Geophysical Research 99 (B3): 4625–41. doi:10.1029/93JB01723. Truy cập ngày 11 tháng 3 năm 2008. 
  17. ^ Sohl, L.E.; Christie-blick, N.; Kent, D.V. (1999). “Paleomagnetic polarity reversals in Marinoan (ca. 600 Ma) glacial deposits of Australia; implications for the duration of low-latitude glaciation in Neoproterozoic time”. Bulletin of the Geological Society of America 111 (8): 1120–39. doi:10.1130/0016-7606(1999)111<1120:PPRIMC>2.3.CO;2. Truy cập ngày 11 tháng 3 năm 2008. 
  18. ^ Arnaud, E.; Eyles, C.H. (2002). “Glacial influence on Neoproterozoic sedimentation: the Smalfjord Formation, northern Norway”. Sedimentology 49 (4): 765–88. doi:10.1046/j.1365-3091.2002.00466.x. Truy cập ngày 5 tháng 5 năm 2007. 
  19. ^ Donovan, SK; Pickerill, RK (ngày 27 tháng 4 năm 2007). “Dropstones: their origin and significance: a comment” (PDF). Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 131 (1): 175–8. doi:10.1016/S0031-0182(96)00150-2. Truy cập ngày 27 tháng 4 năm 2007.  Kiểm tra giá trị ngày tháng trong: |year= / |date= mismatch (trợ giúp)
  20. ^ Thunell, R.C.; Tappa, E., Anderson, D.M. (ngày 1 tháng 12 năm 1995). “Sediment fluxes and varve formation in Santa Barbara Basin, offshore California”. Geology 23 (12): 1083–6. doi:10.1130/0091-7613(1995)023<1083:SFAVFI>2.3.CO;2. Truy cập ngày 27 tháng 4 năm 2007. 
  21. ^ Jensen, PA; Wulff-pedersen, E. (ngày 1 tháng 3 năm 1996). “Glacial or non-glacial origin for the Bigganjargga tillite, Finnmark, Northern Norway”. Geological Magazine 133 (2): 137–45. doi:10.1017/S0016756800008657. Truy cập ngày 27 tháng 4 năm 2007. 
  22. ^ Condon, D.J.; Prave, A.R., Benn, D.I. (ngày 1 tháng 1 năm 2002). “Neoproterozoic glacial-rainout intervals: Observations and implications”. Geology 30 (1): 35–38. doi:10.1130/0091-7613(2002)030<0443:APCCAI>2.0.CO;2 (không tích cực ngày 25 tháng 6 năm 2008). Truy cập ngày 4 tháng 5 năm 2007. 
  23. ^ Halverson, G.P.; Maloof, A.C., Hoffman, P.F. (2004). “The Marinoan glaciation (Neoproterozoic) in northeast Svalbard”. Basin Research 16 (3): 297–324. doi:10.1111/j.1365-2117.2004.00234.x. Truy cập ngày 5 tháng 5 năm 2007. 
  24. ^ Peltier, W.R. (2004). “Climate dynamics in deep time: modeling the "snowball bifurcation" and assessing the plausibility of its occurrence”. Trong Jenkins, G.S., McMenamin, M.A.S., McKey, C.P., & Sohl, L. (. The Extreme Proterozoic: Geology, Geochemistry, and Climate. American Geophysical union. tr. 107–124. 
  25. ^ D.H. Rothman; J.M. Hayes; R.E. Summons (2003). “Dynamics of the Neoproterozoic carbon cycle”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 100 (14): 124–9. PMC 166193. PMID 12824461. doi:10.1073/pnas.0832439100. 
  26. ^ Kaufman, Alan J.; Knoll, Andrew H., Narbonne, Guy M. (ngày 24 tháng 6 năm 1997). “Isotopes, ice ages, and terminal Proterozoic earth history”. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 94 (13): 6600. PMC 21204. PMID 11038552. doi:10.1073/pnas.94.13.6600. Truy cập ngày 6 tháng 5 năm 2007. 
  27. ^ Le Guerroué, E., Allen, P.A., Cozzi, A. (2006). “Chemostratigraphic and sedimentological framework of the largest negative carbon isotopic excursion in Earth history: The Neoproterozoic Shuram Formation (Nafun Group, Oman).”. Precambrian Research 146 (1-2): 68–92. doi:10.1016/j.precamres.2006.01.007. (không tích cực ngày 6 tháng 1 năm 2010) Kiểm tra giá trị |doi= (trợ giúp). 
  28. ^ Le Guerroué, E.; Allen, P.A., Cozzi, A., Etienne, J.L. and Fanning, C.M. (2006). “50 Myr recovery from the largest negative δ13C excursion in the Ediacaran ocean.”. Terra Nova 18 (2): 147–153. doi:10.1111/j.1365-3121.2006.00674.x. 
  29. ^ Le Guerroué, E.; Allen, P.A., Cozzi, A. (2006). “Parasequence development in the Ediacaran Shuram Formation (Nafun Group, Oman): primary origin stratigraphic test of negative carbon isotopic ratios”. Basin Research 18: 205–20. doi:10.1111/j.1365-2117.2006.00292.x. 

Đọc thêm[sửa | sửa mã nguồn]

  • Allen, Philip A.; Etienne, James L. (2008). “Sedimentary challenge to Snowball Earth”. Nature Geoscience 1: 817. doi:10.1038/ngeo355. 
  • Etienne, J.L., Allen, P.A., Rieu, R. and Le Guerroué, E. (2007). “Neoproterozoic glaciated basins: A critical review of the Snowball Earth hypothesis by comparison with Phanerozoic glaciations”. In: Glacial Sedimentary Processes and Products. Edited by: Michael Hambrey, Poul Christoffersen,Neil Glasser and Bryn Hubbard. IAS Special Publication. v. 39 (Malden, MA: IAS/Blackwell Pub.) 39: 343–399. ISBN 978-1-4051-8300-0. 
  • Gabrielle Walker (2003). Snowball Earth. Bloomsbury Publishing. ISBN 0-7475-6433-7. 
  • Micheels, A., Montenari, M. (2008). “A snowball Earth versus a slushball Earth: Results from Neoproterozoic climate modeling sensitivity experiments”. Geosphere 4 (2): 401–10. doi:10.1130/GES00098.1.  (Geol. Soc. America).
  • Roberts, J.D. (1971). “Late Precambrian glaciation: an anti-greenhouse effect?”. Nature 234: 216–7. doi:10.1038/234216a0. 
  • Roberts, J.D. (1976). “Late Precambrian dolomites, Vendian glaciation, and the synchroneity of Vendian glaciation”. J. Geology 84: 47–63. doi:10.1086/628173. 
  • Sankaran, A.V. (2003). “Neoproterozoic "snowball earth" and the "cap" carbonate controversy” (PDF). Current Science 84 (7): 871. Truy cập ngày 6 tháng 5 năm 2007. 
  • Torsvik, T.H., Rehnström, E.F. (2001). “Cambrian palaeomagnetic data from Baltica: Implications for true polar wander and Cambrian palaeogeography”. J. Geol. Soc. Lond. 158: 321–9. 

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]