Une plongée dans la lumière du soleil peut avoir déclenché «  Snowball Earths  »

Une plongée dans la lumière du soleil peut avoir déclenché `` Snowball Earths ''

Terre

Crédit: CC0 Public Domain

Au moins deux fois dans l’histoire de la Terre, la quasi-totalité de la planète était enfermée dans une couche de neige et de glace. Ces événements dramatiques «Snowball Earth» se sont succédés rapidement, il y a environ 700 millions d’années, et les preuves suggèrent que les périodes glaciaires mondiales consécutives ont préparé le terrain pour l’explosion ultérieure d’une vie complexe et multicellulaire sur Terre.


Les scientifiques ont envisagé plusieurs scénarios pour ce qui a pu faire basculer la planète dans chaque âge glaciaire. Bien qu’aucun processus de conduite unique n’ait été identifié, on suppose que tout ce qui a déclenché les gels temporaires doit l’avoir fait d’une manière qui a poussé la planète au-delà d’un seuil critique, comme la réduction de la lumière du soleil entrante ou du dioxyde de carbone atmosphérique à des niveaux suffisamment bas pour se fixer. une expansion mondiale de la glace.

Mais les scientifiques du MIT disent maintenant que les Snowball Earths étaient probablement le produit de « glaciations induites par le rythme ». Autrement dit, ils ont découvert que la Terre peut être basculée dans une ère glaciaire mondiale lorsque le niveau de rayonnement solaire qu’elle reçoit change rapidement sur une période de temps géologiquement courte. La quantité de rayonnement solaire ne doit pas chuter à un point de seuil particulier; tant que la diminution de la lumière solaire entrante se produit plus rapidement qu’un taux critique, une glaciation temporaire, ou Snowball Earth, suivra.

Ces résultats, publiés dans le Actes de la Royal Society A, suggèrent que tout ce qui a déclenché les périodes glaciaires de la Terre impliquait très probablement des processus qui réduisaient rapidement la quantité de rayonnement solaire venant à la surface, tels que des éruptions volcaniques généralisées ou la formation de nuages ​​induits biologiquement qui auraient pu bloquer de manière significative les rayons du soleil.

Les résultats peuvent également s’appliquer à la recherche de la vie sur d’autres planètes. Les chercheurs ont tenu à trouver des exoplanètes dans la zone habitable – une distance de leur étoile qui se situerait dans une plage de température qui pourrait soutenir la vie. La nouvelle étude suggère que ces planètes, comme la Terre, pourraient également se glacer temporairement si leur climat change brusquement. Même si elles se trouvent dans une zone habitable, les planètes semblables à la Terre peuvent être plus sensibles aux périodes glaciaires mondiales qu’on ne le pensait auparavant.

«Vous pourriez avoir une planète qui reste bien dans la zone habitable classique, mais si la lumière du soleil entrante change trop rapidement, vous pourriez obtenir une Terre boule de neige», explique l’auteur principal Constantin Arnscheidt, étudiant diplômé du Département des sciences de la Terre, de l’atmosphère et des planètes du MIT. (EAPS). « Ce que cela met en évidence, c’est la notion qu’il y a tellement plus de nuances dans le concept d’habitabilité. »

Arnscheidt a co-écrit l’article avec Daniel Rothman, professeur de géophysique à l’EAPS et co-fondateur et codirecteur du Lorenz Center.

Une boule de neige en fuite

Indépendamment des processus particuliers qui ont déclenché les glaciations passées, les scientifiques conviennent généralement que Snowball Earths est le résultat d’un effet «d’emballement» impliquant une rétroaction glace-albédo: à mesure que la lumière du soleil est réduite, la glace se dilate des pôles à l’équateur. Au fur et à mesure que plus de glace recouvre le globe, la planète devient plus réfléchissante ou plus d’albédo, ce qui refroidit davantage la surface pour que plus de glace se développe. Finalement, si la glace atteint une certaine étendue, cela devient un processus d’emballement, entraînant une glaciation globale.

Les périodes glaciaires mondiales sur Terre sont de nature temporaire, en raison du cycle du carbone de la planète. Lorsque la planète n’est pas recouverte de glace, les niveaux de dioxyde de carbone dans l’atmosphère sont quelque peu contrôlés par l’altération des roches et des minéraux. Lorsque la planète est recouverte de glace, les intempéries sont considérablement réduites, de sorte que le dioxyde de carbone s’accumule dans l’atmosphère, créant un effet de serre qui finit par dégeler la planète de son âge glaciaire.

Les scientifiques conviennent généralement que la formation de Snowball Earths a quelque chose à voir avec l’équilibre entre la lumière du soleil entrante, la rétroaction glace-albédo et le cycle mondial du carbone.

«Il y a beaucoup d’idées sur ce qui a causé ces glaciations mondiales, mais elles se résument toutes à une modification implicite du rayonnement solaire entrant», dit Arnscheidt. « Mais en général, cela a été étudié dans le contexte du franchissement d’un seuil. »

Lui et Rothman avaient précédemment étudié d’autres périodes de l’histoire de la Terre où la vitesse ou le rythme auquel certains changements climatiques se produisaient avait un rôle dans le déclenchement d’événements, tels que les extinctions de masse passées.

«Au cours de cet exercice, nous avons réalisé qu’il y avait un moyen immédiat de faire valoir un point sérieux en appliquant ces idées de basculement induit par le taux, à Snowball Earth et à l’habitabilité», explique Rothman.

« Méfiez-vous de la vitesse »

Les chercheurs ont développé un modèle mathématique simple du système climatique de la Terre qui comprend des équations pour représenter les relations entre le rayonnement solaire entrant et sortant, la température de surface de la Terre, la concentration de dioxyde de carbone dans l’atmosphère et les effets de l’altération sur l’absorption et stocker le dioxyde de carbone atmosphérique. Les chercheurs ont pu régler chacun de ces paramètres pour observer quelles conditions ont généré une Terre boule de neige.

En fin de compte, ils ont découvert qu’une planète était plus susceptible de geler si le rayonnement solaire entrant diminuait rapidement, à un rythme plus rapide qu’un taux critique, plutôt qu’à un seuil critique ou à un niveau particulier de lumière solaire. Il existe une certaine incertitude quant à ce que serait exactement ce taux critique, car le modèle est une représentation simplifiée du climat de la Terre. Néanmoins, Arnscheidt estime que la Terre devrait subir une baisse d’environ 2% de la lumière solaire entrante sur une période d’environ 10 000 ans pour basculer dans une ère glaciaire mondiale.

«Il est raisonnable de supposer que les glaciations passées ont été induites par des changements géologiquement rapides du rayonnement solaire», dit Arnscheidt.

Les mécanismes particuliers qui ont pu rapidement assombrir le ciel pendant des dizaines de milliers d’années font toujours l’objet d’un débat. Une possibilité est que des volcans répandus peuvent avoir craché des aérosols dans l’atmosphère, bloquant la lumière du soleil dans le monde entier. Un autre est que les algues primitives peuvent avoir des mécanismes évolués qui ont facilité la formation de nuages ​​réfléchissant la lumière. Les résultats de cette nouvelle étude suggèrent que les scientifiques pourraient envisager des processus comme ceux-ci, qui réduisent rapidement le rayonnement solaire entrant, comme des déclencheurs plus probables des périodes glaciaires de la Terre.

« Même si l’humanité ne déclenchera pas une glaciation boule de neige sur notre trajectoire climatique actuelle, l’existence d’un tel » point de basculement induit par les taux « à l’échelle mondiale peut encore rester une source de préoccupation », souligne Arnscheidt. << Par exemple, cela nous enseigne que nous devons nous méfier de la vitesse à laquelle nous modifions le climat de la Terre, et pas seulement de l'ampleur du changement. Il pourrait y avoir d'autres points de basculement induits par le taux qui pourraient être déclenchés par le réchauffement anthropique. Identifier ceux-ci et limiter leurs taux critiques est un objectif valable pour des recherches plus poussées. "


Les chercheurs débloquent des indices sur un chapitre dramatique de l’histoire géologique de la Terre


Plus d’information:
Routes vers la glaciation mondiale, Actes de la Royal Society A, royalsocietypublishing.org/doi… .1098 / rspa.2020.0303

Fourni par le Massachusetts Institute of Technology

Citation: Une plongée dans la lumière du soleil entrante peut avoir déclenché «  Snowball Earths  » (28 juillet 2020) récupéré le 28 juillet 2020 sur https://phys.org/news/2020-07-plunge-incoming-sunlight-triggered-snowball.html

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