Durante il periodo glaciale Sturtiano, nell’era Neoproterozoica, la Terra ha attraversato periodi di glaciazione globale, descritti come scenari di “Terra a palla di neve” e “Terra a palla di fango”. Nei modelli della Terra a palla di neve, il pianeta è stato completamente ricoperto di ghiaccio per circa 56 milioni di anni. Nei modelli della Terra a palla di fango, porzioni di ghiaccio sottile o frammentato, o persino acqua libera, esistevano ancora ai tropici. Tuttavia, ci sono alcune incongruenze tra questi modelli e le prove geologiche e biologiche. Un nuovo modello, descritto in uno studio pubblicato sulla rivista Proceedings of the National Academy of Sciences, offre una spiegazione per queste incongruenze. Invece di periodi di ghiaccio costanti, il nuovo modello suggerisce che cicli di glaciazione e periodi caldi siano più plausibili durante il periodo Sturtiano.
Problemi con i modelli “Terra a palla di neve” e “Terra a palla di fango”
Le drastiche oscillazioni della temperatura globale che causano i periodi di glaciazione sono legate ai cicli del carbonio e dell’ossigeno. Un altro periodo glaciale successivo, chiamato periodo Marinoano, durò solo circa 4 milioni di anni, molto meno del periodo Sturtiano. Gli autori dello studio sottolineano che l’erosione dei silicati, che agisce come un pozzo di carbonio, rallenta significativamente o addirittura si arresta durante le glaciazioni. Di conseguenza, la CO2 vulcanica si accumula fino al raggiungimento di una soglia critica e i ghiacciai iniziano a sciogliersi. Il team afferma che la scala temporale di questo ciclo è di circa 4 milioni di anni, e persino inferiore negli scenari “a palla di fango”, in linea con il periodo glaciale Marinoano, ma non con quello Sturtiano.
Inoltre, l’ossigeno si esaurisce durante i lunghi periodi di glaciazione e dovrebbe esaurirsi completamente molto prima dei 56 milioni di anni di copertura glaciale globale. Eppure, alcune forme di vita sono sopravvissute durante il periodo glaciale Sturtiano.
“Queste discrepanze tra l’evoluzione prevista della pCO2 e la durata glaciale osservata, e tra l’evoluzione prevista del pO2 e i dati isotopici e biologici osservati, suggeriscono soluzioni alternative al problema della glaciazione del Neoproterozoico“, scrivono gli autori dello studio.
La Grande Provincia Ignea di Franklin e il ciclo limite
Per trovare un modello più adatto alle osservazioni geologiche e biologiche associate al periodo Sturtiano, i ricercatori hanno utilizzato un modello per simulare il clima terrestre e i cicli del carbonio e dell’ossigeno. Hanno testato una serie di parametri relativi all’attività vulcanica, ai tassi di erosione e alle dimensioni della Grande Provincia Ignea di Franklin (LIP). La LIP di Franklin è una grande provincia di rocce ignee nell’Artico canadese, che secondo i ricercatori potrebbe aver contribuito a innescare la glaciazione globale a causa di una significativa erosione che ha consumato gran parte della CO2 mondiale.
“L’intensificazione dell’erosione causata dalle Grandi Province Ignee (LIP) è da tempo riconosciuta come un importante fattore determinante del clima nel corso delle ere geologiche. La LIP di Franklin si è formata circa 717 milioni di anni fa, in concomitanza (entro 1-2 milioni di anni) con l’inizio dello Sturtiano, e potrebbe aver fornito una quantità sufficiente di basalto fresco per ridurre la CO2 e innescare una glaciazione globale”, affermano gli autori dello studio.
Il modello elaborato dal team ha mostrato che l’erosione della Grande Provincia Ignea di Franklin ha innescato cicli ripetuti di glaciazione, in cui la CO2 si accumulava quando l’erosione della LIP si arrestava durante la glaciazione, per poi essere nuovamente consumata dall’erosione. Secondo il modello, questi “cicli limite” hanno permesso ripetute glaciazioni nell’arco dei 56 milioni di anni osservati e spiegano come l’ossigeno, e quindi la vita, abbiano potuto persistere.
Il team scrive: “se solo una parte della Grande Provincia Ignea di Franklin fosse stata erosa dagli agenti atmosferici durante l’inizio dell’era “Snowball”, il volume rimanente di basalto sarebbe stato ancora disponibile per l’erosione dopo la deglaciazione, riavviando la riduzione di CO2 durante il clima interglaciale caldo, fino a quando non si fosse innescata un’altra era “Snowball” e il ciclo si fosse ripetuto. Questo ciclo, avanti e indietro tra condizioni climatiche estreme, avrebbe continuato fino all’esaurimento del potere erosivo di Franklin (ovvero il basalto non eroso)“.
Sebbene il nuovo modello sia in qualche modo semplificato e non catturi tutti i possibili processi biogeochimici, offre una spiegazione convincente per alcune delle notevoli incongruenze tra le spiegazioni della Terra “a palla di neve” e “a palla di fango”. Il team afferma che comprendere come potrebbero verificarsi episodi ripetuti di “Snowball” sulla Terra può anche aiutare gli scienziati a comprendere eventi simili su esopianeti simili alla Terra.