Weekendavisen (uddrag)
Søndag den 16. oktober 

Sneboldteori. Der er fundet aflejringer, som tyder på is og gletschere i troperne. Gik klimasystemet amok for 6-700 millioner år siden, så hele kloden blev dækket af is? Og i så fald - hvorfor fortsatte livet?


Da Jorden frøs til is

Af JENS OLAF PEPKE PEDERSEN og MICHAEL PEPKE PEDERSEN
Center for Sol-Klima Forskning
Danmarks Rumcenter 


DET kan måske være svært at forestille sig, hvordan det danske landskab så ud i de perioder under sidste istid, hvor isen bredte sig og dækkede hele landet under tykke ismasser.

Men kan man forestille sig, at isen engang har bredt sig over hele kloden - fra Nordpolen og til Sydpolen - og omdannet vores planet til en dybfryser med en gennemsnitstemperatur på 40 frostgrader, hvor alle oceanerne frøs til is i flere hundrede meters dybde?

Det er ikke desto mindre, hvad flere geologer mener, har været tilfældet endda adskillige gange i det omtrentlige tidsrum for fra 750 til 585 millioner år siden. Teorien om en global istid eller en sneboldplanet, Snowball Earth, blev fremsat allerede i starten af 1960erne, men vakte ikke større opmærksomhed før geologerne Paul F. Hoffman og Daniel P. Schrag fra Harvard University for syv år siden underbyggede den med nye fund. Siden er diskussionen bølget frem og tilbage. Der findes nemlig ikke et enkelt afgørende bevis, men derimod en række geologiske undersøgelser, som kan bruges til enten at argumentere for eller imod teorien om den globale snebold, og det har bidraget til debatlysten.

Det allerseneste bidrag til diskussionen blev bragt for nylig i tidsskriftet Science Express, hvor en gruppe forskere fra University of Southern California offentliggjorde en undersøgelse af aflejringer fra det sydøstlige Brasilien, som kunne dateres til sneboldperioden. Ved at undersøge de fossile rester af organismer i aflejringerne mener forskerne at have påvist, at organismer, som benyttede sig af fotosyntese, trivedes under hele sneboldperioden. Da fotosyntese nødvendigvis kræver lys, så stemmer resultaterne ikke særlig godt med sneboldteorien. Organismerne ville måske have overlevet under et tyndt islag, som lyset kunne skinne igennem, men ikke under flere hundrede meter havis.

IFØLGE Hoffman og Schrag begyndte sneboldperioden i den geologiske periode Neoproterozoikum, hvor Jorden i forvejen var inde i en kold periode.

Hvorfor det var så koldt er ikke afklaret, men tidsmæssigt falder det sammen med et langt tidsrum, hvor Jorden blev ramt af en forøget mængde kosmiske stråler, og det kan have reduceret temperaturen. Man forestiller sig derfor, at store flydende ismasser begyndte at brede sig ud fra polerne. Et isfrit hav optager størstedelen af Solens stråling, men fryser det til is, vil den hvide overflade reflektere det meste af strålingen. Når havisen breder sig, får det derfor den virkning, at kloden afkøles yderligere, og det sætter endnu mere fart i udbredelsen af isdækket.

På et tidspunkt er isdækket så stort, at mekanismen løber helt løbsk. Nedisningen går hurtigere og hurtigere, og i løbet af få årtier dækkes resten af oceanerne af is. Herefter synes Jordens skæbne beseglet. Fotosyntesen går i stå, oceanernes ilt bruges op, og det meste af livet i oceanerne dør. For at gøre det hele endnu værre, så kan Jorden på grund af den hvide overflade ikke komme ud af tilstanden igen og ender sine dage som en kæmpemæssig snebold.

REDNINGEN kommer dog, ifølge Paul Hoffman, fra vulkaner, som med deres udbrud gennem isdækket blandt andet udsender CO2. Da den isdækkede overflade ikke kan optage CO2, får vulkanerne over millioner af år efterhånden CO2-mængden i atmosfæren til at stige til enorme koncentrationer.

På et tidspunkt bliver drivhuseffekten af CO2-gassen så stor, at havisen begynder at smelte igen. Først bryder isen op ved troperne, og de åbne havområder optager igen solens varme. Herefter starter den samme mekanisme, som fik isdækket til at brede sig, men nu med modsat fortegn. Efterhånden som de hvide isoverflader forsvinder, optager Jorden mere og mere af solstrålingen, og i løbet af få århundreder smelter hele isdækket.

Men processen sker så hurtigt, at Jorden slet ikke kan nå at optage de enorme CO2-mængder, som har hobet sig op i atmosfæren under sneboldperioden. Så opvarmningen fortsætter, selv efter at isen er smeltet, og det hele ender med en ekstrem drivhusperiode, hvor havtemperaturen stiger til 50 graders varme.

Klimasystemet bevæger sig i snebold-scenariet således lige fra den ene ekstreme tilstand til den anden. Først efter flere årtusinder falder CO2-indholdet og temperaturen igen til et mere normalt niveau.

ET af Hoffmans overbevisende argumenter er, at vi i aflejringer fra Neoproterozoikum-perioden finder tegn på, at der har været is i troperne. For eksempel har han fundet store sten mellem de ellers lagdelte aflejringer, og det tolkes som et tegn på, at stenene er tabt fra smeltede gletschere eller isbjerge.

Beviset kompliceres af, at kontinenterne som bekendt flytter sig på jordskorpen, men man mener, at alle kontinenterne dengang netop lå rundt om Ækvator. Hoffman og hans medarbejdere har også målt fordelingen af tunge og lette kulstofatomer i aflejringerne. Når levende organismer optager kulstof i form af CO2 og omdanner det til organisk materiale, optager de fortrinsvis de lette kulstofatomer. Derfor indeholder kulstof fra levende organismer færre tunge kulstofatomer end kulstof i luften og havet.

Ud fra målinger af fordelingen mellem tunge og lette kulstofatomer kan man derfor beregne størrelsen af den samlede biologiske produktion, og det viser sig, at i perioden med de glaciale aflejringer gik den biologiske produktion næsten helt i stå. Det passer med, at isdækket har bredt sig så meget, at der ikke var åbent hav tilbage.

...

Et tredje argument er jernholdige aflejringer. Hvis der er ilt i oceanerne, udfældes jernioner løbende, men i de iltfattige oceaner under isdækket, steg koncentrationen af opløst jern i stedet. Da istiden sluttede, og oceanerne igen kom i kontakt med atmosfæren, blev den store mængde af jern udfældet på én gang og viser sig nu som et højt jernindhold i aflejringerne.

VI mangler imidlertid en forklaring på, hvad det var, der udløste istiden. Her har man peget på, at kontinenterne før sneboldperioden sandsynligvis var samlet i ét stort superkontinent, som kaldes Rodinia. Der har altså været én samlet landmasse omgivet af et kolossalt hav, og det kan netop være forklaringen.

...

Men da superkontinentet på et tidspunkt brød op i et antal mindre kontinenter, kom en stor del af landjorden nu til at ligge tættere på havet. Det gav mere nedbør på landjorden og satte fart i forvitringen, hvilket fik CO2-koncentrationen i atmosfæren til at falde. Det reducerede drivhuseffekten og kan have været startskuddet til den kuldeperiode, der omdannede Jorden til en snebold.

...

SELVOM sneboldteorien passer godt med mange af de geologiske observationer, er den også problematisk. Som nævnt i indledningen viser de nyeste forskningsresultater, at der har levet organismer, som brugte fotosyntese i de millioner af år, hvor isdækket ellers ifølge sneboldteorien skulle have lukket for sollyset.

Det kan måske forklares med, at de undersøgte aflejringer lige netop stammer fra et af de områder med varme kilder, der fungerede som et tilflugtssted for livet, men det ville være et sært tilfælde. Der har også været indvendinger mod de klimamodeller, der forklarer udbredelsen af snedækket. For eksempel beregnede Raymond Pierrehumbert fra universitetet i Chicago sidste år, at der skal ekstremt høje CO2-værdier til for at få kloden ud af en helt isdækket tilstand. Han anslog, at der var brug for et CO2-indhold svarende til flere tusinde gange nutidens niveau, og at det ville tage vulkanerne op imod 100 millioner år at akkumulere så meget.

Nye klimamodeller har også vist, at havisen godt kan brede sig ned til subtroperne, uden at udbredelsen løber løbsk. I så fald kan der godt have været isfrit i havet omkring Ækvator, og så var der heller ikke behov for de ekstreme CO2-niveauer for at komme ud af sneboldfasen igen.

MEN hvad så med stenene, der ligger i sedimenterne? Hvordan er store gletschersten i så fald landet i troperne? Ja, de kan jo stadig være tabt af isbjerge, som er drevet hen over de isfrie tropeområder, de kan stamme fra iskanten eller fra gletschere på land. Geologer fra St. Andrews universitetet i Skotland fandt for et par år siden, at stenene lå så tæt, at det også kunne være et argument for, at oceanerne måtte have været isfrie i hvert fald en del af tiden hvert år.

Derfor er der foreslået en alternativ teori: Slushball Earth eller tøsne-teorien, som opererer med en forestilling om, at der stadig var is over størstedelen af kloden, men kun på land. Imens holdt havet sig isfrit omkring Ækvator. Her kunne livet overleve og den globale middeltemperatur har været nærmere 0 grader i stedet for minus 40. Efter tøsneperioden fulgte en kortere og mere moderat drivhusperiode, hvor temperaturerne ikke nåede nær så højt op som i tiden efter snebold-scenariet.

Det kræver en alternativ forklaring på dolomit-lagene, som ellers passer fint med den efterfølgende drivhusperiode, som sneboldteorien foreskriver. Her er det en mulighed, at dolomit-lagene i stedet er resultatet af metanudslip fra havbunden. Som tidligere omtalt i IDEER (26. august 2005) opsamler bakterier på havbunden metan, som bindes i metanis. Hvis man forestiller sig, at metanisen blev ustabil ved afslutningen af istiden, og metanen blev frigivet, kunne den - i fald der var ilt nok - oxideres til CO2, der siden blev aflejret som kalk på havbunden.

Nye undersøgelser af fordelingen af lette og tunge kulstofatomer i dæklagene på aflejringer i Kina har støttet denne teori, fordi fordelingen også passer godt med den, man ville forvente efter et metanudslip.

TIL gengæld har en gruppe geologer fra universitetet i Wien i foråret været ude med en støtte til sneboldteorien. De har undersøgt fordelingen af de små mængder støv fra meteoritter, som hele tiden regner ned over Jordens overflade. Hvis Jordens overflade er dækket af is, lægger støvet sig oven på isen, og hvis isen pludselig smelter, vil der blive efterladt et tykkere lag støv end normalt. Et sådant tykt lag har de østrigske geologer fundet i borekerner fra kobberminer i Congo og Zambia. De har dateret laget til at stamme fra afslutningen på en istid for 635 millioner år siden, og tykkelsen af laget tyder på, at støvet er opsamlet over en istid på 12 millioner år.

Situationen er derfor, at hverken tilhængerne af snebold- eller tøsne-teorien kan forklare alle observationerne ud fra deres teori. Så måske får ingen af parterne ret, fordi virkeligheden viser sig at være mere kompliceret, end hvad de simple modeller kan forklare. Men under alle omstændigheder er der tale om en meget spændende og helt usædvanlig periode i Jordens historie.