Al menos dos veces en la historia de la Tierra, casi todo el planeta estaba envuelto en una capa de nieve y hielo. Estos dramáticos eventos de "Tierra de bolas de nieve" ocurrieron en rápida sucesión, en algún lugar hace unos 700 millones de años, y la evidencia sugiere que las eras de hielo globales consecutivas prepararon el escenario para la posterior explosión de complejos, vida multicelular en la Tierra.

Los científicos han considerado múltiples escenarios de lo que pudo haber inclinado al planeta hacia cada edad de hielo. Si bien no se ha identificado un solo proceso de conducción, se supone que lo que sea que haya desencadenado los congelamientos temporales debe haberlo hecho de una manera que empujó al planeta más allá de un umbral crítico, como reducir la luz solar entrante o el dióxido de carbono atmosférico a niveles lo suficientemente bajos como para desencadenar una expansión global del hielo.

Pero los científicos del MIT ahora dicen que las Tierras Bola de Nieve probablemente fueron el producto de "glaciaciones inducidas por la velocidad". Es decir, descubrieron que la Tierra se puede inclinar hacia una edad de hielo global cuando el nivel de radiación solar que recibe cambia rápidamente en un período de tiempo geológicamente corto. La cantidad de radiación solar no tiene que descender a un punto de umbral en particular; siempre que la disminución de la luz solar entrante se produzca más rápido que una tasa crítica, una glaciación temporal, o Tierra bola de nieve, seguirá.

Estos hallazgos, publicado en el Actas de la Royal Society A , sugieren que lo que desencadenó las edades de hielo de la Tierra probablemente involucró procesos que redujeron rápidamente la cantidad de radiación solar que llega a la superficie, como erupciones volcánicas generalizadas o formación de nubes inducida biológicamente que podrían haber bloqueado significativamente los rayos del sol.

Los hallazgos también pueden aplicarse a la búsqueda de vida en otros planetas. Los investigadores han estado interesados ​​en encontrar exoplanetas dentro de la zona habitable, una distancia de su estrella que estaría dentro de un rango de temperatura que podría albergar vida. El nuevo estudio sugiere que estos planetas, como la tierra también podría congelarse temporalmente si su clima cambia abruptamente. Incluso si se encuentran dentro de una zona habitable, Los planetas similares a la Tierra pueden ser más susceptibles a las edades de hielo globales de lo que se pensaba anteriormente.

"Podría tener un planeta que se mantenga dentro de la zona habitable clásica, pero si la luz solar entrante cambia demasiado rápido, podrías conseguir una Tierra de bolas de nieve, "dice el autor principal Constantin Arnscheidt, estudiante de posgrado en el Departamento de Tierra del MIT, Ciencias Atmosféricas y Planetarias (EAPS). "Lo que esto resalta es la noción de que hay muchos más matices en el concepto de habitabilidad".

Arnscheidt es coautor del artículo con Daniel Rothman, Profesor de geofísica de la EAPS, y cofundador y codirector del Centro Lorenz.

Una bola de nieve desbocada

Independientemente de los procesos particulares que desencadenaron glaciaciones pasadas, Los científicos generalmente están de acuerdo en que las Tierras Bola de Nieve surgieron de un efecto "fuera de control" que involucra una retroalimentación del albedo del hielo:a medida que se reduce la luz solar entrante, el hielo se expande desde los polos hasta el ecuador. A medida que más hielo cubre el mundo, el planeta se vuelve más reflexivo, o más alto en albedo, que enfría aún más la superficie para que se expanda más hielo. Finalmente, si el hielo alcanza cierta extensión, esto se convierte en un proceso desbocado, resultando en una glaciación global.

Las edades de hielo globales en la Tierra son de naturaleza temporal, debido al ciclo del carbono del planeta. Cuando el planeta no está cubierto de hielo, los niveles de dióxido de carbono en la atmósfera están controlados de alguna manera por la meteorización de rocas y minerales. Cuando el planeta está cubierto de hielo, la meteorización se reduce enormemente, para que el dióxido de carbono se acumule en la atmósfera, creando un efecto invernadero que eventualmente descongela al planeta de su edad de hielo.

Los científicos generalmente están de acuerdo en que la formación de Tierras bola de nieve tiene algo que ver con el equilibrio entre la luz solar entrante, la retroalimentación del albedo de hielo, y el ciclo global del carbono.

"Hay muchas ideas sobre las causas de estas glaciaciones globales, pero todos se reducen realmente a una modificación implícita de la radiación solar que entra, ", Dice Arnscheidt." Pero en general se ha estudiado en el contexto de cruzar un umbral ".

Él y Rothman habían estudiado previamente otros períodos en la historia de la Tierra donde la velocidad, o la velocidad a la que se produjeron ciertos cambios en el clima tuvo un papel en el desencadenamiento de eventos, como extinciones masivas pasadas.

"En el transcurso de este ejercicio, nos dimos cuenta de que había una forma inmediata de plantear un punto serio aplicando tales ideas de propinas inducidas por la tasa, a Snowball Earth y la habitabilidad, "Dice Rothman.

"Tenga cuidado con la velocidad"

Los investigadores desarrollaron un modelo matemático simple del sistema climático de la Tierra que incluye ecuaciones para representar las relaciones entre la radiación solar entrante y saliente. la temperatura de la superficie de la Tierra, la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera, y los efectos de la meteorización en la captación y almacenamiento de dióxido de carbono atmosférico. Los investigadores pudieron ajustar cada uno de estos parámetros para observar qué condiciones generaron una Tierra Bola de Nieve.

Por último, descubrieron que era más probable que un planeta se congelara si la radiación solar entrante disminuía rápidamente, a una velocidad superior a la crítica, en lugar de un umbral crítico, o nivel particular de luz solar. Existe cierta incertidumbre sobre cuál sería exactamente esa tasa crítica, ya que el modelo es una representación simplificada del clima de la Tierra. Sin embargo, Arnscheidt estima que la Tierra tendría que experimentar una caída de alrededor del 2 por ciento en la luz solar entrante durante un período de aproximadamente 10, 000 años para inclinarse hacia una edad de hielo global.

"Es razonable suponer que las glaciaciones pasadas fueron inducidas por cambios geológicamente rápidos en la radiación solar, "Dice Arnscheidt.

Los mecanismos particulares que pueden haber oscurecido rápidamente los cielos durante decenas de miles de años aún son objeto de debate. Una posibilidad es que volcanes diseminados hayan arrojado aerosoles a la atmósfera, bloqueando la luz solar entrante en todo el mundo. Otra es que las algas primitivas pueden haber desarrollado mecanismos que facilitaron la formación de nubes que reflejan la luz. Los resultados de este nuevo estudio sugieren que los científicos pueden considerar procesos como estos, que reducen rápidamente la radiación solar entrante, como desencadenantes más probables de las edades de hielo de la Tierra.

"Aunque la humanidad no desencadenará una glaciación en forma de bola de nieve en nuestra trayectoria climática actual, la existencia de tal `` punto de inflexión inducido por las tasas '' a escala mundial puede seguir siendo motivo de preocupación, ", Señala Arnscheidt." Por ejemplo, nos enseña que debemos tener cuidado con la velocidad a la que estamos modificando el clima de la Tierra, no solo la magnitud del cambio. Podría haber otros puntos de inflexión inducidos por la tasa que podrían ser provocados por el calentamiento antropogénico. Identificarlos y restringir sus tasas críticas es un objetivo que vale la pena para futuras investigaciones ".