آیا کره زمین زمانی به شکل یک گوی برفی عظیم بوده است؟

در فیلم سینمایی روز پس از فردا (۲۰۰۴)، تغییرات اقلیمی فاجعه‌آمیزی به تصویر کشیده شده‌ است که در فیلم از آن به‌عنوان عصر یخبندان جدید یاد می‌شود. در روز پس از فردا، ذوب شدن یخ‌های قطبی ناشی از گرمایش جهانی و اختلال جریانات شمال اقیانوس اطلس، موجب کاهش دمای اقیانوس‌ها و در نهایت انجماد اقیانوس‌های جهان می‌شود. آنچه در فیلم نشان داده شده است، چندان منطبق با واقعیت‌های علمی نیست؛ اما بسیاری از دانشمندان در حال بررسی عصر یخبندان جهانی در دوره‌ی کریوژنین هستند؛ دوره‌ی زمین‌شناسی که از ۷۲۰ تا ۶۳۵ میلیون سال پیش طول کشیده است.

پژوهش‌های اخیر روی یخچال‌های طبیعی، بحث در مورد این دوره یخبندان را دوباره داغ کرده است. دو فرضیه‌ی پیشرو در این مورد مطرح است: فرضیه زمین گوی برفی (Snowball Earth) که استدلال می‌کند زمانی تمام سیاره از یخ پوشیده شده بود. و فرضیه زمین گوی برفابی (Slushball Earth) که بر اساس این فرضیه، صفحات یخی عظیمی قاره‌ها را می‌پوشاند؛ اما در بخش‌هایی از سیاره، به‌خصوص اقیانوس‌های نزدیک به استوا، فقط یخ‌های نازکی سطح دریاها را پوشانده بود که چرخه‌ی هیدرولوژیکی (تبخیر و بارش آب) را امکان‌پذیر می‌کرد. بر اساس این فرضیه، موجودات فتوسنتزکننده در نواحی کم یخ یا بدون یخ می‌توانستند، به‌طور مؤثر نور خورشید را جذب کنند و در دوره‌های طولانی‌مدت سرما به حیات خود ادامه دهند.

تغییرات ناگهانی در آب‌وهوا ریشه در حلقه‌ی بازخورد مثبت دارد که معمولا از آن به‌عنوان آلبدو (سپیدایی) یاد می‌کنند. به‌عبارت ساده‌تر، هر چه بیشتر به نواحی قطبی و عرض‌های پایین برویم، آلبدوی زمین افزایش می‌یابد و نور خورشید بیشتری منعکس می‌شود. همراه با اثر آلبدو، چرخه‌ی کربن بلندمدت، تأثیر این بازخورد مثبت را دو برابر می‌کند. با تقسیم ابرقاره‌ی باستانی رودینیا، خط ساحلی جدید در عرض‌های جغرافیایی پایین موجب تشدید هوازدگی سنگ‌ها شد. سنگ سیلیکات که بخش اعظمی از پوسته‌ی زمین را تشکیل می‌دهد، با یک واکنش هوازدگی شیمیایی موجب کاهش دی‌اکسید کربن در جو زمین شد و از آنجایی که دی‌اکسید کربن به همراه سایر گازهای گلخانه‌ای، موجب به دام افتادن گرما در زمین می‌شود، کاهش آن در جو، موجب سردتر شدن سیاره شد. علاوه بر این، چون قاره‌های تقسیم‌شده در عرض‌های پایین زمین بودند، نمی‌توانستند جلوی پیشروی یخ‌ها در نواحی سرد زمین مانند قطب‌ها را بگیرند و به این ترتیب، سرتاسر زمین پوشیده از یخ شد.

رندر هنری از زمین برفی. بر اساس فرضیه زمین گوی برفی، در زمانی حدود ۷۰۰ میلیون سال قبل، تمام سیاره ما از یخ پوشیده شده بود

استدلال پلتیر و همکارانش، از این واقعیت نشأت می‌گیرد که در فرایند یخبندان نه‌تنها یک بازخورد مثبت، بلکه یک بازخورد منفی مهم نیز دخیل است. بر این اساس، با سردتر شدن آب و هوا، اکسیژن جوی به اعماق اقیانوس می‌رود و با پخش شدن آن در عمق دریا، اکسیژن با لایه‌ای از مواد ارگانیک ترکیب می‌شود و دی‌اکسید کربن را تشکیل می‌دهد. این دی‌اکسید کربن آزادشده به جو می‌رود و می‌تواند زمین را با اثر گلخانه‌ای خود گرم کند. در نتیجه، با آب شدن یخ‌ها، جلوی پیشروی صفحات یخی و یخچال‌ها گرفته می‌شود. بنابراین، چنین بازخورد منفی می‌تواند از پوشانده شدن کامل زمین با یخ جلوگیری کند.

بحث زمین گوی برفی در پایان دوره کریوژنیک و شروع کامبرین، یعنی زمانی که انفجار کامبرین رخ می‌دهد، مبهم‌تر می‌شود. انفجار کامبرین به رویداد کوتاهی اشاره دارد که حدود ۵۴۲ میلیون سال قبل رخ داد و طی آن، اشکال متنوعی از حیات پدید آمدند. منتقدان فرضیه زمین گوی برفی ادعا می‌کنند که چنین افزایش چشمگیر تنوع زیستی در یک دوره کوتاه‌مدت، نمی‌تواند در یک شرایطی که زمین تبدیل به یک گوی برفی عظیم شده بود، رخ داده باشد؛ چرا که بسیاری از موجودات قبل از انفجار کامبرین منقرض می‌شدند. از سوی دیگر، هواداران فرضیه زمین گوی برفی استدلال می‌کنند که تنوع زیستی به‌سادگی نتیجه میکروارگانیسم‌های قوی است که از زمین برف‌زده جان سالم به در برده‌اند و با گذشت زمان از لحاظ جثه و پیچیدگی‌های آناتومیکی به تکامل رسیده‌اند.

هنوز هیچ یک از این فرضیه‌ها به اثبات نرسیده است. دانشمندان هوادار هر دو فرضیه می‌خواهند در آینده برای درک بهتر آنچه در دوره‌ی کریوژنیزاسیون اتفاق افتاد، مدل‌های مختلف آب و هوایی با پارامترهای بیش‌تری توسعه دهند که بتواند توضیحی مناسب برای پیچیدگی‌های ناشناخته‌ی آب‌وهوایی گذشته فراهم کند. علاوه بر این، بررسی دقیق ارگانیسم‌هایی که از زمین برفی جان سالم به در برده‌اند، می‌تواند به دانشمندان در درک بهتر این دوره‌ی مبهم کمک کند.