كيف كان شكل 'كرة الثلج' المتجمدة حقًا؟

كرة الثلج الأرض التوضيح

ثلاث مرات في تاريخ الأرض ، غطى الجليد غالبية الكوكب. (رصيد الصورة: MIT)



خلال العصور الجليدية الواسعة منذ ملايين السنين ، امتدت طبقات من الأنهار الجليدية من القطبين إلى خط الاستواء تقريبًا ، وغطت الأرض بجلد متجمد. جعلت الظروف على 'كرة الثلج الأرض' ، كما يشير العلماء إليها ، الكوكب مكانًا مختلفًا تمامًا.



قالت ليندا سوهل من معهد جودارد لدراسات الفضاء التابع لناسا في نيويورك: 'نحن نتحدث أساسًا عن عالم آخر'.

في مايو ، تحدث سوهل مع مجموعة صغيرة في ندوة وقت الغداء لاحقًا نشرت على الإنترنت ، حول تطور فهم كرة الثلج على الأرض وكيف تغيرت مع تحسن التكنولوجيا. [ 50 حقائق مذهلة عن الأرض ]



الأنهار الجليدية بحجم القارة

بحلول أوائل التسعينيات ، وجد العلماء العديد من الميزات غير العادية التي تشير إلى حدوث شيء تقشعر له الأبدان في الماضي. ظهرت رواسب جليدية من أعمار مماثلة في كل قارة تقريبًا. كشفت الأدلة أن الكربونات المغطاة - طبقات الحجر الجيري التي تشكلت من المحيط - ملقاة على قمة الترسبات الجليدية قد تشكلت حيث وجدت ، بدلاً من الهجرة جنوباً من خطوط العرض العليا.

كان هناك هذا الإجماع المتزايد على أنه كان لدينا بعض الرهيب العصور الجليدية قال سوهل.



ظهرت هذه الميزات في ثلاث أوقات مختلفة في تاريخ الأرض منذ 750 مليون و 635 مليون و 580 مليون سنة.

فنان

مفهوم الفنان عن كرة الثلج الأرض.(رصيد الصورة: صورة كرة الثلج الأرض عبر شترستوك)



قال كارل ستيفنسون ، الجيولوجي بجامعة برمنغهام في بريطانيا العظمى ، لـ Astrobiology Magazine عبر البريد الإلكتروني: 'أحداث كرة الثلج هي تجمعات جليدية شديدة'. ستيفنسون هو جزء من مشروع منفصل يدرس أحداث كرة الثلج.

قال ستيفنسون إنه خلال العصور الجليدية العادية ، 'تنبض الصفائح الجليدية نوعًا ما إلى الخارج من القطبين وتتراجع'.

في حدث كرة الثلج ، نبض الأنهار الجليدية يبدو أنه وصل إلى نقطة اللاعودة لسبب ما ، والنظام بأكمله يتحول إلى كرة ثلجية. بدلاً من التراجع ، تزحف الأنهار الجليدية إلى أقصى الجنوب.

درجات الحرارة على أ كرة الثلج الأرض يقدر أنها وصلت إلى سالب 58 درجة فهرنهايت (ناقص 50 درجة مئوية). مع انتشار الجليد ، انعكست المزيد من الحرارة مرة أخرى في الفضاء بدلاً من امتصاصها من قبل الكوكب ، مما أدى إلى انخفاض درجات الحرارة في تأثير هائل أدى إلى تسريع تكوين الجليد.

قال سوهل: 'إذا كان بإمكانك التفكير في صفائح جليدية بحجم القارة تقع في المكان الذي توجد فيه المملكة العربية السعودية الآن ، فسوف يعطيك ذلك فكرة عن مدى برودة البيئة'. [ المعرض: الأنهار الجليدية المذهلة ]

ظل العالم متجمدًا بالكامل تقريبًا خلال كل من الفترات الثلاث لحوالي 10 ملايين سنة قبل الاحترار مرة أخرى. لا يزال العلماء غير متأكدين من سبب ارتفاع درجات الحرارة مرة أخرى ، لكن النشاط البركاني محل شك كبير. تمتص العديد من الصخور ثاني أكسيد الكربون ، ولكن في سيناريو كرة الثلج ، سيتم تغطية مثل هذه التكوينات ، مما يسمح لجزيء تسخين الغلاف الجوي بالتراكم إلى النقطة التي يمكن أن يؤدي فيها الاحترار العالمي تذوب الجليد .

موحل أم صلب؟

اقترح جوزيف كيرشيفينك لأول مرة في عام 1992 في معهد كاليفورنيا للتكنولوجيا ، فكرة وجود الأرض الجليدية في سبات لمدة ست سنوات حتى نشر زميل هارفارد بول هوفمان مقالًا يتخيل عالمًا به محيط متجمد تمامًا.

لكن الأرض حيث كانت المياه صلبة بنسبة 100 في المائة كان من الصعب بيعها للبعض. في ورشة عمل عقدت في سويسرا في صيف عام 2006 ، اجتمع 65 عالما - جيولوجيين ، وعلماء أحياء ، ومصممين كواكب ومن يعملون في مجالات أخرى - لمناقشة الاحتمالات والمشاكل مع مثل هذا العالم.

قال سوهل: 'لقد أمضينا أسبوعا في التغلب على مجموعة من الأشياء'.

في النهاية ، بدا الدليل ضد عالم مغطى تمامًا بالجليد. أشار علماء الأحياء إلى أن المحيط المتجمد من شأنه أن يحجب الضوء ، وهو ما كان يجب أن ينتج عنه الانقراضات الجماعية التي لا تظهر في سجل الحفريات. أثار علماء الجيولوجيا قضية أن الإغلاق المقترح لدورة المياه لا يتوافق مع الأدلة. شعر سوهل أن معظم الناس غادروا المؤتمر معتقدين أن المحيطات لم تتجمد تمامًا.

تقع الرواسب الجليدية المارونية على قمة شعاب مرجانية رمادية اللون. على الرغم من أن الصورة التقطت في كندا

تقع الرواسب الجليدية المارونية على قمة شعاب مرجانية رمادية اللون. على الرغم من أن الصورة تم التقاطها في إقليم يوكون الكندي ، إلا أن الكتلة الأرضية كانت تقع في المناطق الاستوائية منذ ملايين السنين ، مما يشير إلى مدى برودة الكوكب.(مصدر الصورة: فرانسيس أ.ماكدونالد / جامعة هارفارد)

'البديل هو أن لديك ملف كرة طين قال سوهل. 'نعم ، كان هناك عصر جليدي سيء حقًا ، لكن كان لدينا الكثير من المحيطات المفتوحة.'

قال ستيفنسون: 'الكرة الطينية هي نوع من سيناريو منتصف الطريق ، حيث توجد فجوات في الجليد مع المياه المفتوحة ، بدلاً من' البياض '.

يصف Sohl عالماً تتركز فيه الحرارة حول خط الاستواء ، تاركة مجموعة من الماء السائل حيث يمكن للحياة أن تعيش. [ محو: انقراضات التاريخ الأكثر غموضًا ]

تكنولوجيا أفضل ، نماذج أفضل

عمليات المحاكاة الحاسوبية محدودة بالتكنولوجيا التي تديرها ، وقد قطعت البرامج شوطًا طويلاً في 15 عامًا.

قال جافين شميدت لمجلة Astrobiology Magazine عبر البريد الإلكتروني: `` كانت النماذج السابقة أكثر تقييدًا من قبل أجهزة الكمبيوتر التي تعمل عليها ، ولذا عندما اقتربت من العالم الحقيقي ، كانت تلك التقديرات تقريبية إلى حد ما ''. يقود شميت البرنامج الذي طور عمليات محاكاة GISS-E2 وصيانتها ، وهو برنامج نموذج مناخي استخدمه Sohl لمحاكاة ظروف الأرض شبه المجمدة. يحتوي GISS-E2 على مجموعة متنوعة من التكوينات مع الاختلافات التقنية.

يمكن لبرامج اليوم تقسيم الأشياء إلى أجزاء أصغر والعمل بتفاصيل أكثر من البرامج التي صممت الأفكار الأولى للأرض الجليدية.

تعاملت النماذج الأولى بشكل أساسي مع الغلاف الجوي السفلي ؛ وهي تشمل الآن المحيط ، والجليد البحري ، والأسطح الأرضية ، ودورة الكربون ، والهباء الجوي ، وتكوين الغلاف الجوي ، والستراتوسفير وما فوقها ، وما إلى ذلك.

تم تطوير الإصدارات الأولى من GISS-E2 في أوائل الثمانينيات ، ولكن تم تحديث البرنامج وتعديله عدة مرات بمساعدة مجموعة متنوعة من الأشخاص.

قال شميت: 'إنه جهد جماعي إلى حد كبير ، بما في ذلك علماء المحيطات وعلماء الأرصاد الجوية وعلماء الرياضيات وعلماء الكمبيوتر وغيرهم'.

يمكن للنماذج المناخية مثل GISS-E2 أن تمنح العلماء ليس فقط رؤية لماضي الأرض المحتمل ، ولكن يمكنها أيضًا توفير نظرة خاطفة إلى المستقبل. ستساعد التغييرات القادمة أيضًا المحاكاة في الحصول على قدر أكبر من المرونة ، مما يسمح باستخدامها للكواكب الأخرى.

نظرة ثانية

كجزء من ندوة مايو ، قدمت Sohl معلومات حول بحثها الحالي المستمر في الفترتين الجليدية الأقدم. باستخدام البرامج الأكثر حداثة ، شاركت في عمليات محاكاة قام بها فريقها في الأصل في منتصف التسعينيات. مع إجراء المزيد من التجارب ، لم يخضع البحث الأخير بعد لمراجعة الزملاء أو النشر.

في كلا المجموعتين من التجارب ، كانت الأرض قاحلة. يؤثر وجود أو عدم وجود النباتات على انعكاسية الكوكب ، أو البياض ، والذي بدوره يغذي سرعة ارتفاع درجة حرارة الكوكب.

قال سوهل: 'لم تظهر النباتات على الأرض إلا قبل حوالي 460 مليون سنة'. 'في أفضل الأحوال ، قد يكون هناك بعض الأشنات أو شيء من هذا القبيل على الأرض ، لكن هذا مثير للجدل حقًا.'

رسم يوضح التقدم نحو كرة الثلج الأرض.

رسم يوضح التقدم نحو كرة الثلج الأرض.(رصيد الصورة: ناسا)

التجربة الأصلية افترضت المعيار صحراء الظروف ، ولكن بالنسبة للإصدار الحديث ، استخدم العلماء بقعة في صحراء جوبي القاحلة كمثال على النسب التي يمكن أن تحدث على أرض مقفرة في وقت مبكر.

قام كلا المشروعين بمحاكاة 60 عامًا ، وفي هذه المرحلة لم يكن هناك المزيد من التغييرات. واليوم ، تستغرق محاكاة ذلك الإطار الزمني 12 ساعة ؛ استمر التشغيل الأصلي لفترة أطول.

ناقش Sohl سبع تجارب مع المجموعة. الأول كان تشغيل التحكم الأساسي ، باستخدام ظروف ما قبل الصناعة. كما أجرت ثلاث عمليات محاكاة لكل من الفترتين الجليدية ، حيث غيرت سطوع الشمس أو لمعانها. في وقت مبكر من تاريخ النظام الشمسي ، كانت الشمس باهتة ، مما قد يؤثر أيضًا على تطور كرة الثلج على الأرض.

في البرنامج الأصلي ، انهارت كتل اليابسة إلى القارة العملاقة بانجيا لكن بالنسبة لتجارب اليوم ، قرر الفريق أن نقل القارات لم يكن له تأثير كبير على تغيير بياض الكوكب. لكن ترك العالم كما هو خلق عددًا من الزوايا والشقوق لتتراكم فيها الجليد ، مما يؤدي إلى إبطاء البرنامج. قال سوهل إن العمليات المستقبلية ستحتوي على تضاريس مبسطة.

لا يعرف العلماء بالضبط ما الذي يحفز نقطة التحول للأرض الكروية الثلجية. كانت إحدى النتائج المدهشة لعمليات المحاكاة التي أجراها Sohl مؤخرًا أن الظروف القاسية لم تكن ضرورية. أ كرة الثلج الأرض تم إنشاؤه باستخدام ظروف من ما قبل العصر الصناعي الحديث نسبيًا.

كانت الصدمة الأخرى هي تشابه النتائج مع العصر الجليدي الأصغر حتى عندما تغيرت الظروف الأولية. المحاكاة مع اللمعان الشمسي الذي تم ضبطه على المستويات القصوى المشتبه بها بينما تم تقليل مستويات ثاني أكسيد الكربون إلى أدنى حد أنتج ظروفًا مماثلة لأشعة الشمس الساطعة في سطوع اليوم.

قال سوهل: 'لم أكن مستعدًا لأن تكون هذه الجولات متشابهة جدًا مع بعضها البعض في هذه المرحلة'.

من الآن فصاعدًا ، تأمل Sohl في التحقيق في التعديلات الأخرى التي ستسمح بها E2-R ، بما في ذلك تغيير طول الأيام إلى 21.9 ساعة التي استغرقتها الأرض مرة واحدة لتشغيل محورها. نظرًا لأن التكنولوجيا تسمح للنماذج المناخية بمراعاة مجموعة واسعة من المتغيرات ، يجب أن يكون العلماء قادرين على فهم القوى الدافعة التي خلقت كوكب كرة الثلج وحافظت عليه بشكل أفضل.

لكن إذا أصبحت الأرض كتلة جليدية عملاقة ثلاث مرات ، فهل يمكن أن يحدث مرة أخرى؟

قال ستيفنسون: 'لا أعتقد أنها ستحدث مرة أخرى خلال الوجود البشري'.

تم توفير هذه القصة من قبل مجلة علم الأحياء الفلكي ، وهو منشور على شبكة الإنترنت برعاية وكالة ناسا برنامج علم الأحياء الفلكي .

تابعنا تضمين التغريدة و موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك أو + Google . تم النشر على موقع ProfoundSpace.org.