sneeuwbal aarde


zie onder GEOLOGIE
 
‘Sneeuwbal aarde’
te wijten aan baan van aarde door stofwolken in ruimte
SAMENVATTING
Cycliciteit van de ijstijdvakken die de aarde heeft meegemaakt, is een omstreden zaak. Van het laatste ijstijdvak (Pleistoceen), dat ca. tweemiljoen jaar geleden begon, weten we dat er een afwisseling was van ijstijden (glacialen) en – kortere – warmere tijden (interglacialen).
Die afwisseling is een direct gevolg van fluctuerende hoeveelheid zonne-energie; die fluctuatie is te herleiden tot enkele ‘astronomische’ factoren (veranderingen in de ellipticiteit van de aardbaan, in de scheefstelling van de aardas t.o.v. het baanvlak van de aarde om de zon, en in een tolbeweging van de aardas). Er zijn echter ook voor het Pleistoceen diverse ijstijdvakken geweest, en in het optreden daarvan lijkt ook een – zij het niet erg duidelijke – cycliciteit op te treden. Ook daarvoor zijn wel astronomische oorzaken aangevoerd (het zonnestelsel zou periodiek door een zone met veel ruimtestof reizen), maar daarover kon weinig zinnigs echt worden aangetoond.
Volgens astronomen komt ons zonnestelsel op zijn reis door het melkwegstelsel ongeveer elke honderdmiljoen jaar een gigantische wolk met waterstof zoals de Orion-nevel (links) en de Trifid-nevel (rechts) tegen. Hierdoor koelt het op aarde zo erg af, dat deze volledig met ijs bedekt raakt.

Een aantal Amerikaanse onderzoekers heeft daaraan nu berekeningen uitgevoerd. Zij baseren zich daarbij op het feit dat ons zonnestelsel volgens astronomen op zijn reis door het melkwegstelsel ongeveer elke honderdmiljoen jaar een gigantische wolk met waterstof tegenkomt (zoals de twee ruimtenevels hierboven) met een gemiddelde dichtheid (> 330 waterstofatomen per kubieke centimeter), en ongeveer elke miljard jaar een ‘dichte’ wolk (ongeveer 2000 waterstofatomen per kubieke centimeter). In deze laatste situatie kan het klimaat op aarde drastisch veranderen. Dat komt doordat het stof genoeg zonne-energie wegvangt om een groeiende ijskap te bewerkstelligen, en die heldere ijskap kaatst weer zoveel zonlicht terug dat het nog kouder wordt en de ijskap zich tot over de hele aarde kan uitbreiden.Een (vrijwel) volledig door ijs bedekte aarde (waarbij ook de oceanen grotendeels bevroren zijn) staat bekend als ‘sneeuwbal aarde’ (zie afbeelding hieronder). Uitgaande van een ouderdom van de aarde van ca. 4,5 miljard jaar, zou de aarde zo’n viermaal veranderd zijn geweest in een sneeuwbal, terwijl er ongeveer 15 kleinere ijstijdvakken (zoals het Kwartair) moeten zijn geweest.

Uitgaande van een ouderdom van ca. 4,5 miljard jaar, zou het op aarde al vier keer z처 koud moeten zijn geweest dat deze als een soort ‘sneeuwbal’ volledig met ijs bedekt was.

Dat deze ontwikkeling mogelijk is volgt uit berekeningen, waarbij eerst de hoeveelheid gas en kosmisch stof (ijs-, koolstofhoudende en silicaatdeeltjes) is bepaald die door het zonnestelsel wordt ingevangen. De hoeveelheid door de zon ingevangen gas blijkt zo groot dat de zonnewind geheel kan verdwijnen. Stofdeeltjes worden via hyperbolische banen spiraliserend naar de zon toe getrokken, waarbij ze de aardbaan passeren. Hoewel de hoeveelheden koolstofhoudende en silicaatdeeltjes in de interstellaire gaswolk ongeveer gelijk zijn, wordt er ongeveer 5-10 maal zoveel silicaatstof als koolstof door de zon aangetrokken.Op basis van de zo berekende waarden voor de hoeveelheid aangetrokken gassen en stofdeeltjes, hebben de onderzoekers de invloed op het klimaat berekend op basis van een veel gebruikt 3-D model (GENESIS) voor de atmosferische circulatiepatronen. Daarbij zijn ook de temperaturen van het oppervlaktewater in de oceanen en van het zee-ijs bepaald. Al eerder was theoretisch berekend dat er een ‘sneeuwbal aarde’ op zou treden als het zonlicht met 6% zou afnemen ten opzichte van het huidige niveau, indien de CO2-concentratie in de atmosfeer gelijk zou zijn aan die van thans (420 ppm). De onderzoekers hebben geen rekening gehouden met de topografie en de ligging van de continenten, omdat die factoren volgens eerder uitgevoerd onderzoek nauwelijks van belang zouden zijn.

Referentie
Pavlov, A.A., Toon, O.B., Pavlov, A.K., Bally, J. & Pollard, D., 2005. Passing through a giant molecular cloud: “Snowball” glaciations produced by interstellar dust. Geophysical Research Letters 32, 4 pp. doi: 10.1029/2004GL021890.

SAMENVATTING
Volgens sommige wetenschappers was de aarde in het verre verleden volledig bedekt met ijs. Veel deskundigen menen dat tal van gesteenten uit die tijd juist niet gevormd zouden kunnen zijn bij een wereldwijd ijsdek. Microfossielen uit Death Valley lijken hen gelijk te geven.
Andere argumenten tegen een wereldwijde vergletsjeringsfase in deze tijd (het Sturtien) worden aangedragen door paleontologen: hoe zou het leven op aarde een complete bedekking met ijs en sneeuw – gedurende miljoenen jaren – hebben kunnen doorstaan? En als het leven dat al zou hebben gekund, had er dan niet een dramatische aanpassing van de levensvormen moeten plaatsvinden? Voor zo’n drastische veranderingen van levensvormen zijn tot nu toe evenwel geen of weinig duidelijke aanwijzingen gevonden.
Integendeel, gesteenten uit deze tijd die nu in Death Valley aan het oppervlak komen, geven juist aan dat het leven zich niets van zo’n langdurig ijstijdvak heeft aangetrokken. Onderzoekers van twee universiteiten in California stelden dat vast door de vergelijking van microfossielen uit enerzijds gesteenten die gevormd moeten zijn tijdens ‘sneeuwbal-aarde’ en anderzijds gesteenten die daarvoor ontstaan moeten zijn.Ze troffen microfossielen aan in een dun kalklaagje dat direct geassocieerd kan worden met een soort verharde keileem die tijdens ‘sneeuwbal-aarde’ zou zijn gevormd. Het betreft zowel prokaryoten als eukaryoten, primitieve eencellige organismen die respectievelijk nog geen en wel een celkern hebben. Daarnaast vonden ze stromatolieten, een nog steeds niet volledig opgehelderd vorm van onregelmatige laagjes, waarvan de meeste onderzoekers vermoeden dat die zijn gevormd door de afzetting van kalk op de (microscopisch kleine) blaadjes van algen die – ook al weer waarschijnlijk – een soort kolonies vormden.Het opvallende aan al deze microfossielen in het onderzochte kalklaagje is dat ze volledig overeenkomen met fossiele microorganismen uit vuursteen die voorkomt in het pakket dat dateert van voor de Sturtien-vergletsjering, en waarvan bekend is dat ze leefden in een ondiepe zee waarin kalksteen werd gevormd (een vergelijkbare situatie als in het Nederlandse Krijt, waar in diverse kalksteenlagen ook vuursteen met microfossielen voorkomt), en die dus waarschijnlijk relatief warm water bevatte.De conclusie die hieruit moet worden getrokken is, volgens de onderzoekers, dat zelfs de microorganismen die in een warme, ondiepe zee leefden, geen merkbare last ondervonden van wel zeer dramatisch veranderende leefomstandigheden. Het voorkomen van deze microorganismen in afzettingen die ten tijde van ‘sneeuwbal-aarde’ werden gevormd is bovendien in volstrekte tegenspraak met de gepostuleerde massauitsterving die – zeker onder de meer ontwikkelde eukaryoten – zou moeten hebben plaatsgevonden bij het begin van de vergletsjering. Het lijkt de onderzoekers dan ook veel waarschijnlijker dat de Sturtien-vergletsjering in de toenmalige tropische gebieden niet zo’n grote invloed heeft gehad als op hogere breedte, waar het leven wel degelijk een behoorlijke knauw kreeg. Ze menen dan ook dat de uitbreiding van het ijs op zee niet wereldwijd kan zijn geweest, en dat er dus geen sprake was van een ‘sneeuwbal-aarde’.

Literatuur
Corsetti, F.A., Awramik, S.M. & Pierce, D., 2003. A complex microbiota from snowball Earth times: microfossils from the Neoproterooic Kingston Peak Formation, death Valley, USA. Proceedings of the National Academy of Sciences 100, p. 4399-44-4.

Bezoek de website van de Nederlandse Geologische Vereniging en het elektronisch geologisch tijdschrift NGV Geonieuws
 

Sneeuwbal-aarde

http://www.museumkennis.nl/nnm.dossiers/museumkennis/i002646.html

Tegen het eind van het Proterozoïcum (ca. 600 miljoen jaar geleden) vond de grootste ijstijd uit de geschiedenis van de aarde plaats. 
De oceanen waren zelfs tot op grote diepte bevroren, hoewel er vermoedelijk rond de evenaar nog wel enig open water aanwezig was. 
De aarde was verder grotendeels bedekt met sneeuw en ijs en zag eruit als een grote sneeuwbal. 

Er wordt verondersteld dat een oorzaak hiervan was, dat het ijs op aarde het zonlicht erg sterk weerkaatste. Ook zouden er in die tijd weinig broeikasgassen in de atmosfeer hebben gezeten. Hierdoor daalde de temperatuur op aarde sterk. De hoeveelheid ijs op aarde nam toem, waardoor de temperatuur steeds verder afnam.  Dit ging door tot vrijwel de hele aarde bedekt was met ijs.

De zonkracht was nog niet sterk genoeg om de ijsvorming tegen te gaan, omdat ze nog jong was en een kleiner stralend oppervlak had dan tegenwoordig. Doordat er weinig broeikasgassen in de atmosfeer zaten, werd de zonnewarmte ook nauwlijks vastgehouden door de atmosfeer.

Op de ijsplaneet was alleen nog leven mogelijk op plaatsen waar de aarde van binnenuit  warmte afgaf. Het leven beperkte zich tot hete bronnen, bijvoorbeeld in de diepzee.  Dit wordt het sneeuwbal-aarde model genoemd.

Gevolgen van de ijstijd

De ijslaag op de oceanen werkte als een deksel op een pot. Er was geen uitwisseling van gassen mogelijk tussen het water en de atmosfeer.

In de diepzee traden hevige chemische veranderingen op, omdat het vulkanisme gewoon door ging. Bij de vulkaanuitbarstingen in de diepzee kwamen giftige stoffen en ijzerdeeltjes vrij, die zich in het water ophoopten. Dit maakte de omstandigheden zwaar voor het leven.

De vulkaanuitbarstingen op het land zorgden voor een stijging van het koolstofdioxidegehalte in de atmosfeer, waardoor er  een broeikaseffect ontstond. 
Als gevolg van het broeikaseffect nam de temperatuur op aarde toe en het ijs begon te smelten.

Na de ijstijd

De cyanobacteriën die de ijstijd overleefd hadden begonnen de ijzerdeeltjes die zich door de vulkaanuitbarstingen in het water hadden opgehoopt als voedingstoffen te gebruiken. Nadat het ijs over de oceanen was weggesmolten, vonden er hevige fotosynthesereacties plaats, omdat ze weer zonlicht tot hun beschikking hadden en er voldoende voedingsstoffen aanwezig waren in het water. De fotosynthetische activiteit had een sterke stijging van het zuurstofgehalte in de  atmosfeer tot gevolg.

Invloed van de ijstijd op het leven

De sterke zuurstoftoename na de ijstijd veroozaakte het uitsterven van veel soorten. Deze soorten konden zich niet aanpassen aan de veranderende omstandigheden en hadden met name problemen met de toename van de (voor hen giftige) zuurstof.

De soorten die het overleefden zorgden voor een enorme bloei van het leven. De periode na de ijstijd is te vergelijken met de lente na een strenge winter: De zwakkeren hadden het niet overleefd en de sterkeren begonnen zich voort te planten, waarbij vele nieuwe soorten ontstonden. Omdat er zoveel soorten waren uitgestorven, waren er ook veel leefgebieden (niches) vrijgekomen, die nu bezet konden worden door nieuwe soorten.

Omdat er zoveel veranderingen optraden in het leven, wordt  de periode na de ijstijd beschouwd als het begin van een nieuw tijdperk: Het Cambrium.

‘Sneeuwbal aarde’ duurde 12 miljoen jaar 

1 Oktober 2005, jaargang 7 nr. 19 artikel 609

Auteur: prof. dr. A.J. (Tom) van Loon 
Faculteit Aardwetenschappen Universiteit van Silezi챘

http://www.geo.uu.nl/ngv/geonieuws/geonieuwsart.php?artikelnr=609

      

Op het einde van het Precambrium traden twee ijstijdvakken op, resp. ongeveer 710 en 635 miljoen jaar geleden. Zowel de oudste (Sturtian) als de jongste (Marinoan) van deze twee ijstijdvakken worden ervan ‘verdacht’ zo koud te zijn geweest dat zelfs de oceanen bij de evenaar bevroren waren. Daarom wordt wel van ‘sneeuwbal aarde’ gesproken. Aan die volledige ijsbedekking wordt echter ook door veel deskundigen getwijfeld, om talrijke, uiteenlopende redenen.

Diamictiet (versteende keileem) uit het Neoproterozo챦cum van de Appalachen

Een nieuw onderzoek draagt niet alleen nieuwe argumenten aan voor het bestaan van een ‘sneeuwbal aarde’ maar geeft ook aanwijzingen voor de duur ervan. De nieuwe argumenten zijn gebaseerd op de analyse van 44 chemische elementen uit boorkernen in kopermijnen van Zambia en Congo. Beide boorkernen bereikten de glaciale afzettingen uit de genoemde twee Precambrische ijstijden.


Diamictiet van 650 miljoen jaar geleden in Namibi챘

Een van de onderzochte elementen betreft iridium. Dat metaal is inmiddels bekend omdat een laagje dat sterk verrijkt is aan iridium de grens markeert tussen Krijt en Tertiair. Dat iridium was afkomstig van de toen ingeslagen meteoriet. In steenmeteorieten bevindt zich namelijk veel meer iridium dan in de aardkorst. Omdat er een voortdurende ‘regen’ van meteorieten (vaak in zeer kleine deeltjes) op aarde valt, moet bij een ‘sneeuwbal aarde’ dat iridium op het ijs terecht zijn gekomen. Toen dat ijs smolt, moet – als dat snel gebeurde – in de oceanen een laagje gevormd zijn dat verrijkt is aan iridium. En het ijs moet na een ‘sneeuwbal aarde’ inderdaad snel zijn gesmolten, omdat de totale ijsbedekking opname door de zee van koolzuurgas uit de atmosfeer verhinderde. Daardoor nam de concentratie op een gegeven moment zo sterk toe dat een ‘broeikaseffect’ ontstond, die de ijskappen snel deed smelten.

In alle drie boorkernen vonden de onderzoekers inderdaad een laagje met veel iridium bovenop de glaciale sedimenten uit het Sturtian. In twee van de drie kernen vonden ze dat ook voor het Marinoan. Daarmee komt de hypothese van ‘sneeuwbal aarde’ dus een stukje dichter bij een bewijs. Aannemende dat destijds de ‘regen’ van meteorieten even heftig was als in de afgelopen 80 miljoen jaar, konden de onderzoekers aan de hand van de concentratie iridium, in combinatie met de verhouding tussen deze concentratie en die van andere elementen, uitrekenen hoelang het iridium door het ijs moet zijn tegengehouden, voordat het (na het smelten van de ijslaag) in het zeewater kon wegzinken. Uit die berekeningen blijkt dat dit ijstijdvak ongeveer 12 miljoen jaar moet hebben geduurd, plus of min 3 miljoen jaar.

Referenties:
  • Bodiselitsch, B., Koeberl, Chr., Master, S. & Reimold, W.U., 2005. Estimating duration and intensity of Neoproterozoic snowball glaciations from Ir anomalies. Science 308, p. 239-242. 
  • Kerr, R., 2005. Cosmic dust supports a snowball earth. Science 308, p. 181

Over tsjok45
Gepensioneerd . Improviserend jazzmuzikant . Instant composer. Jamsession fanaat Gentenaar in hart en nieren

2 Responses to sneeuwbal aarde

  1. Pingback: IJSTIJDEN « Tsjok's blog

  2. Pingback: broeikasgassen / Notes B « Tsjok's blog

Geef een reactie

Vul je gegevens in of klik op een icoon om in te loggen.

WordPress.com logo

Je reageert onder je WordPress.com account. Log uit / Bijwerken )

Twitter-afbeelding

Je reageert onder je Twitter account. Log uit / Bijwerken )

Facebook foto

Je reageert onder je Facebook account. Log uit / Bijwerken )

Google+ photo

Je reageert onder je Google+ account. Log uit / Bijwerken )

Verbinden met %s

%d bloggers op de volgende wijze: