Jordens Klimahistorie

1. Prækambrium

Indledning

Synligt håndgribeligt liv i form af trilobiter og andre dyr dukkede for første gang op i Kambrium. Derfor er den traditionelle grænse mellem den fjerne geologiske fortid og Phanerozoikum defineret ved start af Kambrium. Kambrium er den første del af Phanerozoikum, som traditionelt betegner æraen, hvor liv har eksisteret på Jorden. Denne artikel handler om klimaet i hele perioden før Phanerozoikum, som ofte kaldes Prækambrium.

De geologiske perioder i Prækambrium. tiden skrider frem fra højre mod venstre.
Hadal var det glødende inferno lige efter Jordens skabelse. De første bjergarter, som vi kender, blev dannet i Arkæikum; vanddamp kondenserede og der opstod en atmosfære af kvælstof og metan. Proterozoikum var æraen, hvor cyanobakterier producerede ilt; jern og methan blev oxideret, og livet opstod på havbunden langs kysterne i slutningen af perioden. Flere meget alvorlige istider indtraf i proterozoikum, nemlig Huronian, Sturtian, Marinoan og Gaskiers istiderne.

Hadal

Jordens tidligste geologiske periode har fået navnet Hadal efter den Græske mytologis underverden, dødsriget Hades. Perioden startede med Jordens dannelse for 4,56 Milliarder år siden og sluttede for 3,8 milliarder år siden. Der er ikke bevaret nogen geologiske formationer fra denne periode på Jorden.

En kunstners fremstilling af den astronomiske tåge, som skulle blive til Sol-systemet.

Solen, Jorden og formentlig de fleste af de andre planeter blev skabt forud for Hadal perioden ud fra en kæmpemæssig tåge af stof. Takket være sin masse og deraf følgende gravitationskraft voksede den bestandig ved at tiltrække mere stof fra det ydre rum. Denne enorme masse af klippestykker og andre materialer roterede om sit tyngdepunkt som en kæmpemæssig skive.

Indenfor denne skive samlede stof sig til større klumper, som igen tiltrak endnu mere masse på grund af deres tyngde. Solen blev dannet først i skivens centrum, og senere dannedes Jorden og andre planeter.

I den første tid var alt et glødende inferno. Det tryk, som skabtes af det sammenbragte stof, var sammen med radioaktivt henfald årsag til en enorm varme. I begyndelsen var Jordens masse flydende.

Flydende jern og andre tunge stoffer sank mod "bunden", altså mod Jordens centrum, og kom til at udgøre jordens magnetiske kerne. "Faldet" af de tunge elementer omdannede tyngde-energi til varme, som yderligere hævede den flydende Jords temperatur nogle tusinde grader.

En kunstnerisk rekonstruktion af sammenstødet mellem Theia og Jorden.

Det antages, at medens Jorden stadigt var i denne varme flydende tilstand, blev den ramt af en planet, som nogle kalder Theia, og som var på størrelse med planeten Mars. Ved sammenstødet slyngedes det meste af Theias masse ud i kredsløb om Jorden sammen med oprindelig masse fra Jorden. Jorden fik en netto masse-tilvækst på omkring 10%. Planeten Theias kinetiske energi omdannedes til varme, som yderlige hævede den flydende Jords temperatur.

I løbet af de følgende 10 til 15 millioner år samlede det undslupne materiale i kredsløb sig langsomt til Månen. Den var oprindelig omkring 16.000 km. tættere på Jorden, end den er nu, og den må have vist sig langt større på himlen, end vi i dag ser den.

Andre planeter viser også tegn på dramatiske sammenstød med store himmel-legemer. Merkurs skorpe er skrællet væk, så der hovedsagelig blot er kernen tilbage. Venus roterer i modsat retning af alle andre planeter.

Kunstnerisk rekonstruktion af Jorden set fra rummet i den tidlige Hadal periode.

Efter det første gloende inferno begyndte Jordens overflade at størkne. Intet af Jordens tidlige skorpe har dog overlevet til vore dage. Klodens første tynde og sprøde stykker af størknet skorpe blev ustandseligt skubbet rundt af de strømme af flydende magma, som de flød rundt på. Igen og igen sank de ned i den flydende magma og blev gensmeltet som en homogen masse. Samtidig størknede magma andre steder og dannede nye stykker af sprød skorpe. Den begyndende tynde jordskorpe blev bestandigt brudt og gensmeltet af vulkaner og nye meteor-nedslag.

Men imidlertid, på Månen er mange af de tidlige overflader bevaret. Måne-overfladen er nemlig ikke blevet eroderet af vind og vand, og der har været langt mindre vulkanisme på Månen end på Jorden. Apollo ekspeditionerne til Månen bragte stykker af bjergarter med tilbage, som blev dateret til at være netop 4,5 milliarder år gamle.

Solens lysstyrke nåede et lavpunkt omkring midten af Hadal perioden med kun 75% af dens nuværende lysstyrke. Imidlertid blev det manglende varmeindput fra solens stråler så rigeligt kompenseret af geotermisk varme fra den flydende magma lige under den tynde skorpe og varme fra radioaktivt henfald.

Kunstnerisk rekonstruktion af et landskab i Hadal perioden.

I dag er varmeudstrålingen fra Jordens indre meget lav nemlig 0,06 watt/m2, som skal sammenlignes med indstrålingen fra Solen, som er 240 watt/m2. I Hadal perioden var varmemodtagelsen fra Solen markant mindre, medens varmeudstrålingen fra Jordens indre var meget større.

Da månens tidevandskræfter gennem milliarder af år langsomt har nedsat Jordens rotationshastighed, må det antages at Jorden dengang roterede meget hurtigere end i dag, og og derfor var dage og nætter meget kortere.

Man kan kun gætte på atmosfærens sammensætning i Hadal, da der end ikke er bjergarter bevaret fra denne periode. Man kan forestille sig at i løbet af de første 100 millioner år førte de høje temperaturer til afgasning fra undergrunden, hvilket sammen med udbredt vulkanisme skabte en atmosfære, som bestod af metan, hydrogen, nitrogen, vanddamp, CO2 og ædelgasser. Himlen var konstant mørk og overskyet på grund af svovlholdige skyer og støvet, som blev slynget op af de utallige meteor-nedslag.

Det atmosfæriske tryk var sikkert meget højt, omkring 250 atm. Atmosfæren var sandsynligvis stærkt elektrisk ladet og hærget af kraftige storme. De lette hydrogen-molekyler sivede gradvist ud i rummet. I begyndelsen af Hadal kondenserede vanddampene ikke, da det stadig var for varmt.

Lidt efter lidt mindskedes radioaktiviteten, den oprindelige meteorstorm tog af, og Jordens overflade afkøledes langsomt.

Analyser af zirconium-silicat fundet i Vest Australien viser, at det har været udsat for flydende vand så tidligt som for 4,3 til 4,4 Milliarder år siden. Måske var noget af vandet kondenseret i lavtliggende områder på grund af det høje tryk.

Foroven: Kunstnerisk fremstilling af Late Heavy Bombartment
Forneden: Månehavet Mare Imbrium med krateret Plato.

Som vi kan se med en lille kikkert på en klar nat ved fuldmåne, findes der på Månen store plane områder, som kaldes "månehave". Det er almindeligvis antaget at de er skabte ved at kæmpemeteorer slog hul på månens nyligt størknede overflade, hvorved lava kunne strømme ud gennem hullet og derved skabe de typiske flade måne-have, som for eksempel Mare Imbrium.

Dette indikerer simpelthen gigantiske meteorer. "Månehavene" er oversået med meget store kratere forårsaget af nedslag af senere store meteorer. Månekratere kan være op til 360 km. i diameter.

Man har fastslået, at for mellem for 4.1 til 3.8 milliarder år siden blev Månen udsat for et intenst bombardement af store og små meteorer. Det kaldes LHB, som betyder "Late Heavy Bombartment".

Men det er logisk, at Jorden må have været udsat for ganske det samme ødelæggende bombardement, blot findes nedslagskraterne ikke længere, fordi de er nedbrudt af nye vulkanske udbrud og erosion af vejr og vind. Desuden, som før nævnt, findes der ikke længere bjergarter på Jorden fra Hadal perioden. Det er den traditionelle, og stadig herskende opfattelse, at LHB var altødelæggende. Alt, hvad der fandtes af geologiske formationer og eventuelt liv på overfladen af disse, blev destrueret og sønderknust, og alt begyndte forfra, måske flere gange.

Arkæikum

Eksempler på fossiler af stromatolitter fra Arkæikum: (a-c) lagvis snit-plade og koniske stromatolitter fra 2.985 millioner år siden fra Insuzi Group, Sydafrika (Beukes og Lowe, 1989), (d) Lodret lagvis snit, lav relief plade af stromatolitiske måtter fra omkring 3.245 millioner år siden fra Fig Tree Group i Syd Afrika. (e) Lagvis snitplade med mikrobielle måtter fra omkring 3.320 milliarder år siden fra Kromberg Formation i Sydafrika (Walsh og Lowe, 1985). (f-h) Koniske stromatolitter fra omkring 3.388 millioner år siden fra Strelley Pool Chert i Vest Australien (i) Kuppelformet (j) Lagvis snitplade i stromatolitter fra 3.496 år siden fra Dresser Formation, Vest Australien.

Navnet Arkæikum kommer fra Græsk og betyder "begyndelsen" eller "oprindelsen". Det er i de senere år almindeligt antaget, at livet på Jorden begyndte i denne periode.

"Late Heavy Bombardement" endte sammen med Hadal perioden, og i den følgende Arkæikum periode fortsatte den nyligt dannede jordskorpe med at stabilisere sig, hvilket efterhånden førte til dannelse af små stabile kontinentale plader, som kaldes cratons. Sådanne oprindelige cratons fra denne periode kan i dag findes som mindre dele af større kontinentale plader. Men imidlertid kontinenter, som vi kender dem i dag med kontinentale plader og pladetektonik, finder man ikke før i den allersidste del af Arkæikum.

Starten af Arkæikum for omkring 3.8 milliarder år siden markerer alderen af de ældste bjergarter, som man har fundet på Jorden. De ældst daterede bjerge findes i Isua Grønsten bæltet på nogle øer ud for det Syd Vestlige Grønland.

Arkæikum varede 2,3 milliarder år og sluttede for 2,5 milliarder år siden.

Foroven: Nutidige stromatolitter ved Shark Bay i Vest Australien..
Forneden: Sammenligning af moderne cyanobakterier med fossiler fra Arkæikum. De to grønne foroven er mikrofotografier af nulevende cyanobakterier; nedenfor er vist fossiler fundet i Apex Chert klippe-formationen i Vest Australien.

Nogle forskere mener at Arkæikums atmosfære i hovedsagen bestod af nitrogen og metan, således som det er tilfældet på Titan, Saturns største måne. Måske indeholdt den også mindre mængder af ammoniak og CO2, men imidlertid lidt eller ingen ilt, og den kan derfor betragtes som en kemisk set reducerende atmosfære.

CO2 blev i stort omfang opløst i havene. Det er i modsætning til for eksempel den tynde atmosfære på Mars, der hovedsageligt består af CO2, netop fordi Mars har ingen oceaner, som den kan blive opløst i. Himlen på Jorden i Arkæikum var orange på grund af den høje koncentration af metan.

Gennem hele Arkæikum fortsatte den generelle afkøling, som var startet i slutningen af Hadal perioden på grund af faldet i det radioaktive henfald og det mindskede meteor bombardement. Faldet i temperatur fik den absolutte fugtighed i atmosfæren til at falde, og vand kondenserede og dannede jordens oceaner.

Et stykke frossen methanhydrat hentet op fra havbunden ud for den Amerikanske stat Oregon. - En af flere teorier om, hvorledes de Proterozoiske istider blev afsluttet, går ud på at den indledende mildning i klimaet smeltede store mængder metanhydrat på havbunden, og derved udløste den stærke drivhusgas metan til atmosfæren i stor mængde.

De nye cyanobakterier optog kulstof fra luftens CO2 ved hjælp af deres fotosyntese, og nogle af de nyskabte organiske materialer sank til bunds i oceanerne, og derved reduceredes luftens indhold af CO2.

I dag er metans overlevelsestid i atmosfæren kun ti år, da det bliver oxideret af ilt. Det blev det også i Arkæikum, men det tog sikkert længere tid. En del metan blev aflejret på havbunden som frosne metanhydrater. Desuden mener mange, at en stor del af metanen forsvandt ud i Verdensrummet.

Jorden var for det meste dækket af vand, med vulkaner og vulkanske øer, som stak op her og der. Havene var sure og grønne på grund af opløste jernforbindelser.

Solen er en stjerne i Hertzsprung-Russell-diagrammets hovedserie. Den vil opholde sig i hovedserien omkring 11 milliarder år, i hvilken tid den vil øge sin lysstyrke tre gange totalt set. Start af Arkæikum var for 3,8 milliarder år siden, hvilket betyder at Solen dengang havde en lysstyrke på 77% af nutidens. Ved slutningen af Arkæikum var lysstyrken måske kommet op omkring 83% af sin nuværende værdi.

Solens lyssstyrke, radius og temperatur, som en funktion af dens alder i milliarder af år - efter Ignasi Ribas: "The Sun and stars as the primary energy input in planetary atmospheres" - Proceedings of the International Astronomical Union, IAU Symposium.

Solens lysstyrke i Arkæikum var således kun omkring 80% af nutidens værdi, men Jorden producerede til gengæld meget mere varme fra dens indre, end den gør i dag, hvilket gjorde at klimaet sandsynligvis var tempereret. Der var en betydelig geotermisk aktivitet.

De fleste af de aller-første organismer var sandsynligvis ikke fotosyntesiske, men brugte måske metan, ammoniak eller sulfater til deres energibehov.

Fotosyntese begyndte med cyanobakterier, også kaldet blågrønalger, for måske 3,5 milliarder år siden. Disse bakterier er en slags mellemting mellem planter og levende organismer; De kan blive op til 0,5 mm. lange. De indeholder clorofyl og fotosyntetisk pigment, som de bruger til at udnytte solens stråler og luftens CO2, i forbindelse med denne process udleder de ilt, ganske som nutidens planter.

Ved lavvandede mudrede kyster kan cyanobakterier leve i symbiose med andre mikroorganismer og sammen forme nogle moslignende puder med en nogle få cm. tyk kalkholdig skorpe; puderne kaldes stromatolitter. Disse oldgamle organismer findes stadigt på Bahamas og ved Australiens og Mexicos kyster.

Imidlertid den ilt, som stromatolitterne startede med at producere, gik straks i kemisk forbindelse med bjergarter på landjorden og jernforbindelser i havene, og derfor var der ingen stigning i atmosfærisk ilt i meget lang tid. Luftens ilt-indhold begyndte ikke at stige markant før milliarder af år efter fotosyntesen begyndelse.

Solens udvikling som en stjerne i Hertzsprung-Russell-diagrammets hovedserie.

Det er indlysende, at når der var lidt eller ingen ilt i atmosfæren, kunne der ikke være det beskyttende ozonlag i stratosfæren, som idag beskytter livet på Jorden mod ultraviolet stråling. Det har gjort det ekstra vanskeligt for livet at få fodfæste på landjorden.

Nu om dage bliver det almindeligvis antaget, at livet på Jorden begyndte i Arkæikum. Blandt de ældste fossiler fra levende organismer i Arkæikum er de 3,45 Milliarder år gamle stromatolitter fra Strelley Pool i Vest Australien, nogle 3,45 milliarder gamle mikrofossiler fra Swaziland i Afrika og de 3,47 Milliarder år gamle bakterier, som blev fundet i Apex Chert klipeformationen i Vest Australien, som ligner moderne cyanobakterier.

Proterozoikum

Da månens tidevandskræfter langsomt nedsætter Jordens rotationshastighed, er det vurderet, at et døgn i slutningen af Proterozoikum varede omkring 22 timer. Månen var omkring 2.000 km. nærmere Jorden end idag. Atmosfæren indeholdt fortsat kun 1-2% ilt, resten bestod af metan, CO2 og ædelgasser.

I Proterozoikum fortsatte blågrønalgerne med at producere stadigt mere ilt. En kunstner forestiller sig lange kystlinier fulde af stromatolitter, som er bygget op af blågrønalger også kaldet cyano-bakterier.

Navnet Proterozoikum stammer fra græsk og betyder "tidligere liv". Det var en periode med høj vulkansk aktivitet, hvor mange mineralrige vulkanske bjergarter blev skabt. Proterozoikum startede for 2,5 milliarder år siden og varede indtil for 0,542 milliarder år siden.

Solen var svagere end den er nu. Ved Proterozoikums start var Solens lysstyrke omkring 84% af nutidens, og ved periodens slutning for 542 millioner år siden var den steget til omkring 95% af dens nuværende lysstyrke.

Omkring midten af Proterozoikum dannedes for første gang store kontinentale landmasser, som var sammensat af mindre del-kontinenter, hvilket førte til opbygning af bjerge, når kontinenterne pressede mod hinanden. Efterhånden som kontinenterne begyndte at erodere, blev sedimenter skyllet ud i verdenshavene, hvilket skabte lavvandede marine miljøer, hvor livet senere kunne blomstre og sprede sig.

Superkontinentet Rodinia dannedes 1,1 milliarder før nutid og spaltedes til mindre kontinenter 750 millior år før nutid.

Superkontinentet Rodenia var sammensat af mindre proto-kontinenter eller cratons, som de kaldes på engelsk. En craton er en gammel og stabil del af et superkontinent, som ofte har overlevet flere cykler af fussion og adskillelse af større kontinenter. De har en tyk skorpe og dybe rødder, der strækker sig langt ind i Jordens kappe. Det ses at Rodiana bestod af cratonerne India, Congo, Amazonia mv. Det ses også, at den del af jordskorpen, som senere skulle blive til Danmark, er en del af Baltica cratonen.

I begyndelsen af Proterozoikum for 2 milliarder år siden blev Jorden ramt af en kæmpe-meteor i Syd Afrika nær byen Vredefort. Meteoren anslås til at have været 5 til 10 km. i diameter. Vredefort krateret har en diameter på 250-300 km., hvilket vi kan sammenligne med Chicxulub-krateret i Mexico, som kun er 170 km. i diameter. Chicxulub-krateret blev som bekendt skabt af dinosaur-dræber meteoren, som slog ned for 65 millioner år siden.

I nærheden af Vredefort krateret findes idag vigtige miner, som indeholder en meget stor del af verdens andalusit, krom, flusspat, platin og vanadium. Det er usikkert, om mineralerne har deres oprindelse fra meteor-nedslaget, eller om de stammer fra vulkanisme.

Båndede jern-malm formationer (BIF - Banded Iron Formations) er en type af jernmalm forekomster, som består af lag af jern-rige sedimenter skiftevis med lag af jern-fattige sedimenter. De fleste forekomster af denne type blev udfældet på havets bund for omkring 2,5 milliarder år siden i begyndelsen af Proterozoikum, hvor Jordens atmosfære hovedsageligt bestod af kvælstof, CO2 og metan.

Vredefort krateret i Syd Afrika blev skabt i Proterozoikum af en kæmpemeteor, som var større end den, som udslettede dinosaurerne.

Blågrønalgernes fotosyntese forbrugte CO2 og udledte ilt, ganske som nutidens planter. Det menes, at denne ilt reagerede med jernforbindelser, der fandtes opløst i de sure have, og derved udfældedes jernmalme som magnetit og hæmatit på havbunden i form af båndede jernmalmforekomster. Lagdelingen antyder et mønster af cyklisk aktivitet, måske ilt "pulser". Istids-aflejringer i flintbåndene indikerer, at lagene kan skyldes periodisk tilbagevendende istider afbrudt af mellem-istider.

Båndede jern formationer (BIF) findes over hele verden og repræsenter rige jernmalm lejer.

Den del af af Jordens skorpe, som skulle blive til Danmark, var en del af protokontinentet Baltica. Et protokontinent kaldes også for en "craton", som er et stabilt og oprindeligt element af Jordens skorpe.

Proterozoikum var, især i slutningen af perioden, kendetegnet ved udbredte istider. Huron istiden indtraf i starten af Proterozoikum, mens Sturtian, Marinoan og Gaskiers istiderne fandt sted i periodens slutning. Man kan pege på flere mulige årsager til disse istider.

Kosmisk stråling skaber aerosoler i atmosfæren.

Gennem millioner af år producerede blågrønalgerne ilt, som reducerede atmosfærens store indhold af metan, som er en stærk drivhusgas, og dette reducerede temperaturen alt andet lige.

I Proterozoikum var der ingen planter på landjorden, kontinenterne lå hen nøgne og golde. Men jord og nøgne bjerge, for slet ikke at tale om sne, har en betydelig højere albedo end nutidens skov og græs, og derfor blev en langt større del af datidens sparsomme solstråler reflekteret tilbage til rummet, end det ville have været tilfældet i dag.

Båndet jernmalm-forekomst fra Michigan i USA. Det røde er jernmalm og det grå-brune er en slags flint, som kaldes chert på engelsk.

Der findes også astronomiske forklaringer på forekomsten af istider. På Solsystemets rejse rundt om det galaktiske center, som tager omkring 250 millioner år at fuldføre, kommer det igennem nogle bestemte "snavsede" områder af det ydre rum, som er fyldt med kosmisk støv. Støvet vil reducere indstrålingen af sollys på Jorden. Nogle har beregnet, at derved kan indstrålingen af sollys på jordoverfladen blive reduceret med 10 watt/M2, som repræsenterer en reduktion på godt 4%. En sådan marginal afkøling kan meget sandsynligt udløse istider.

Desuden har danske forskere påvist en meget nøje sammenhæng mellem Solens magnetiske aktivitet og temperaturændringer på jorden, målt over de sidste hundrede år. De har foretaget eksperimenter, som viser, at når kosmisk stråling rammer Jordens atmosfære, vil den danne aerosoler, der er klynger af molekyler, som er, hvad skyer består af. Man kan således let forestille sig, at i perioder, hvor Jorden udsættes for høj kosmisk stråling fra rummet, vil der dannes flere skyer, hvilket vil medføre lavere temperatur.

Den langvarige Huron istid indtraf i begyndelsen af Proterozoikum. Den varede omkring 300 millioner år, nemlig fra 2,4 Milliarder til 2,1 Milliarder år før nutid. Årsagerne til denne istid er ikke kendte. Nogle mener, at Huron Istiden blev udløst af den iltningsproces, som nu havde været i gang i flere milliarder år.

Blågrønalgerne producerede konstant ilt men atmosfærens iltindhold steg ikke særligt meget, da ilten næsten omgående gik i forbindelse med jernforbindelser, opløst i havet, og oxyderede atmosfærens metan.

Foroven: Båndet jernmalmforekomst fra McKenzie Mountains i Canada. Det røde er jernmalm og det grå er en slags flint. Bemærk den sten, som er indfældet i flint-laget. Den er formentligt faldet til havets bund, da det isbjerg, som transporterede den, smeltede. Det indikerer, at den lagvise struktur kan skyldes periodisk tilbagevendende istider afbrudt af mellem-istider, således som det også var tilfældet under de senere Pleistocæne istider.
Forneden: Aflejret og forstenet gletcher-dynd ved Ramsey Lake nær Lake Huron i USA - 2,3 milliarder år gammelt. Den lagvise struktur kan indikere at der var tale om lange perioder af virkelige istider afbrudt af mellemistider, som i den Pleistocæne istid.

Tidslinje med Jordens tidligere og nuværende istidsperioder. På denne tidslinje skrider tiden frem fra venstre mod højre. De kendte istidsperioder i Jordens klima historie er Huron Istiden (Huronian) og de Kryogene istider (Cryogenian), som er Sturtian, Marinoan og Gaskiers istiderne. I Phanerozoikum indtraf først Andean-Saharan istiden og senere Karoo Istiden; den Pleistocæne istidsperiode betegnes "current", altså nuværende.

Huron istiden var en af de mest alvorlige og længstvarende istider i Jordens historie. Den har fået sit navn fra geologiske beviser indsamlet i Lake Huron regionen i Nordamerika på grænsen mellem Canada og USA.

Kunstnerisk rekonstruktion af Snow Ball Earth teorien.

Huron istiden blev afløst af en langvarig varme-periode. Ingen ved, hvorfor istiden ophørte, men de fleste tror, at det var på grund af stor vulkansk aktivitet, som udledte enorme mængder af CO2. I arktisk Canada findes mange kaolinitholdige bjergarter, som kun kan dannes under tropiske forhold. De blev dannet umiddelbart efter den store istid og vidner om det tropiske klima, som afløste Huron Istiden.

Det er fastslået, at der foruden Huron Istiden indtraf yderligere tre adskilte istider i slutningen af Proterozoikum.

Et hold af geologer under ledelse af videnskabsmænd fra Harvard Universitet har undersøgt gamle bjerge i afsides egne af det nordvestlige Canada og er kommet frem til den konklusion, at for 716,5 millioner år siden var Jorden dækket af is og sne fra pol til pol. På dette tidspunkt i Jordens geologiske historie befandt de undersøgte bjergarter sig ved ækvator. "Det er første gang, at det er påvist at Sturtian Istiden også har fundet sted på tropiske breddegrader, hvilket giver direkte bevis for, at denne istid var en "Snowball Earth" begivenhed", sagde Francis A. Macdonald, en assisterende professor ved Institut of Earth and Planetary Sciences på Harvard. "Vores data tyder også på, at Sturtian istiden varede mindst 5 millioner år."

Marine gletcher aflejringer i det nord vestlige Canadas Yukon Territorium hjalp med at bevise, at disse formationer engang havde været dækket af is, medens denne del af jordskorpen var placeret ved ækvator. Den øverste grå del af bjerget er en jernholdigt gletcher-aflejring, og den nederste brune del er en ældre kalkholdig aflejring, som har fundet sted i tropisk klima.

Selv på en snebold Jord, siger Macdonald, ville der have været temperaturgradienter på Jorden, og det er sandsynligt, at isen var dynamisk, flydende, tynd eller tyk med dannelse af lokale pletter af åbent vand, der gav mulighed for liv. "De fossile fund tyder på, at alle de store grupper af eukaryoter (celler med cellekerne), med mulig undtagelse af dyr, eksisterede før Sturtian istiden," sagde MacDonald. "Spørgsmålene, som dette rejser, er: Hvis en snebold Jord har eksisteret, hvordan har disse eukaryoter overlevet. Desuden kan man spørge: stimulerede en Sturtian snebold Jord udviklingen og skabelsen af dyr?"

"Fra et evolutionært synspunkt," tilføjer han, "er det ikke altid en dårlig ting for livet på Jorden at stå ansigt til ansigt med alvorlig stress."

"På grund af is' høje albedo har klimamodeller længe forudsagt, at hvis havisen nogensinde skulle udvikle sig syd for 30 graders bredde, vil alt hav hurtigt fryse til," sagde MacDonald. "Vores resultat antyder ret kraftigt, at isen har været tilstede på alle breddegrader under Sturtian istiden."

En bjergside i Namibia, som indeholder forstenet gletcher aflejring, som er sten og lignende, som sank til havets bund efter at de isbjerge, som havde båret dem, var smeltet. Dette gletcher lag er overlejret med marine kalkholdige sedimenter, som typisk fremkommer ved en istids slutning. - Dette er et foto, som var med til at sætte gang i diskussionen om "Snowball Earth" - Foto: P. Hoffman.

Forskerne ved ikke præcist, hvad der forårsagede Sturtian istiden, eller hvad der sluttede den, men Macdonald mener, at dens datering 716.5 millioner år før nutid svarer nøje til dateringen af stort område med vulkanske bjergarter, som strækker sig mere end 1.500 km fra Alaska til Ellesmere Island i det nordøstlige Canada. Dette sammenfald kan betyde, at istidens afslutning blev enten forårsaget eller fremskyndet af vulkansk aktivitet, som udsendte meget store mængder af CO2 i atmosfæren.

Nogle har imidlertid stillet spørgsmålstegn ved atmosfærens øgede CO2 indhold som den helt afgørende faktor for afslutning af istider.

Antagelsen er, at de Proterozoiske istider blev afsluttet ved enorme vulkanske udbrud, som øgede atmosfærens CO2 indhold til for eksempel 350 gange nutidens niveau. Men den Baskiske professor Anton Uriarte påpeger, at en ti gange så stor CO2 koncentration ikke giver ti gange så stor drivhuseffekt. Drivhuseffekten er ikke en linær funktion af CO2 koncentrationen. Hver marginal tilvækst i atmosfærens CO2 indhold giver en stadig mindre tilvækst i drivhuseffekt. Han mener at selv et stort indhold af CO2 ville ikke have skabt drivhuseffekt nok til at smelte Jordens enorme gletchere.

Mange mener at vulkaner har spillet afgørende roller ved afslutning af istider. Her ses vulkanske askeaflejringer i Nashville området i det centrale Tennessee - Foto af Matthew Saltzman.

Dateringen af Marinoan istiden, som også kaldes Varanger istiden efter Varanger halvøen i nord Norge, synes at være forbundet med en betydelig usikkerhed. Mange forskellige dateringer er foreslået. Men en forholdsvis sikker datering er opnået fra Ghaub formationen i Namibia i 2004. Den gav resultatet 635,5 millioner år før nutid plus/minus 1,2 millioner år. En analyse af gletcher aflejringer i Sete Lagoas bjerg-formationen i det østlige centrale Brasilien gav en datering på omkring 635 - 610 millioner år før nutid. Det er estimeret at Marinoan istiden varede i mindst tre millioner år, med en sandsynlig varighed på 12 millioner år.

Imidlertid i Newfoundland og Massachusetts har man fundet vidnesbyrd om en endog yngre istid i sen Proterozoikum, som har fået navnet Gaskiers Istiden efter Gaskiers-formationen i det østlige Newfoundland. Den er dateret til at have fundet sted omkring 580 til 582 millioner år før nutid. Den varede formentligt kun omkring en million år, og derfor er det ikke sandsynligt, at den har udviklet sig til en "Snowball Earth".

En af "Snow Ball" teoriens svagheder er, at det kan være vanskeligt at fastslå en given del af jordskorpens position på et bestemt tidspunkt i Jordens geologiske historie.

Fra hele Proterozoikum er der ikke fundet noget tegn på liv på landjorden, hverken dyr eller planter, bortset fra stromatolitterne langs kysten. Kontinenternes indre var efter al sandsynlighed golde og øde landskaber, måske bortset fra enkelte cyanobakterier.

Foroven: En kunstnerisk rekonstruktion af den ediacarane fauna på havbunden.
Forneden: Et fossilt aftryk af en primitiv skabning fra Ediacara perioden, som har fået navnet Dickinsonia. Den er fundet i Ediacara Hills i Syd Australia. Den minder mest om et fodaftryk fra en elefant.

De gentagne istider var et alvorligt tilbageslag for stromatolitterne. Efter istiderne finder man istedet en eksotisk mangfoldighed af ejendommelige livsformer, som umiddelbart ikke ligner noget, som man kender idag, men nogle af dem har dog nogen lighed med nulevende bløddyr, herunder vandmænd. De levede både i dybhavet og i det lave vand langs kysten.

Til venstre: Et Ediacaran fossil, som minder om en viftepalme.
I midten: Et fossil af en Ediacaran skabning, som har fået navnet fractofurus.
Til højre: Et fossil af en Ediacaran skabning, som ligner en blæksprutte.

Denne mærkelige nye fauna har givet anledning til en ny underperiode i Proterozoikum, som kaldes Ediacaran fra Ediacara Hills i Syd Australien. Den strækker sig fra slutningen af Marioan Istiden 635 millioner år før nutid indtil start af Kambrium 545 millioner år før nutid. Gaskiers Istiden var således blot et interregnum i Ediacaran perioden.

Disse væsener, der formentligt eksisterede forud for enhver form for dyreliv, der findes i dag, stod forankret på havbunden, og tog deres næring fra vandet. Nogle blev op til 2 meter lange. Så vidt vi ved, manglede de munde og genkendelige fordøjelsessystemer, og deres kroppe menes at have set ud som "sække af mudder, diske, hjulkapsler og madrasser." De var blandt de første komplekse livsformer, som viste sig på planeten, men generelt havde de ikke megen lighed med livet på Jorden, som skulle komme i de følgende perioder, bortset fra at de kan minde om tang og bløddyr.

De Ediacarane skabninger kan repræsentere eukaryoter (som er opbygget af celler med cellekerne) organismer. Således kan forfædrene til tang, gopler og andre bløddyr meget vel have set dagens lys i det lune vand ved de nye super-kontinenters kyster i den allersidste del af Proterozoikum, som kaldes Ediacara.

Litteratur