Pelo menos duas vezes na história da Terra, quase todo o planeta foi envolto em uma camada de neve e gelo. Esses eventos dramáticos "Snowball Earth" ocorreram em rápida sucessão, algo em torno de 700 milhões de anos atrás, e as evidências sugerem que as consecutivas eras glaciais globais prepararam o cenário para a subsequente explosão do complexo, vida multicelular na Terra.

Os cientistas consideraram vários cenários para o que pode ter levado o planeta a cada era glacial. Embora nenhum processo de condução único tenha sido identificado, presume-se que tudo o que desencadeou os congelamentos temporários deve ter feito isso de uma forma que empurrou o planeta além de um limite crítico, como a redução da luz solar ou dióxido de carbono atmosférico a níveis baixos o suficiente para desencadear uma expansão global do gelo.

Mas os cientistas do MIT agora dizem que Snowball Earths foi provavelmente o produto de "glaciações induzidas pela taxa." Isso é, eles descobriram que a Terra pode entrar em uma era glacial global quando o nível de radiação solar que recebe muda rapidamente em um período geologicamente curto de tempo. A quantidade de radiação solar não precisa cair a um determinado ponto limite; contanto que a diminuição da luz solar incidente ocorra mais rápido do que uma taxa crítica, uma glaciação temporária, ou Snowball Earth, seguirá.

Estes achados, publicado no Anais da Royal Society A , sugerem que tudo o que desencadeou as eras glaciais da Terra provavelmente envolveu processos que reduziram rapidamente a quantidade de radiação solar que chega à superfície, como erupções vulcânicas generalizadas ou formação de nuvens induzidas biologicamente que poderiam ter bloqueado significativamente os raios solares.

As descobertas também podem se aplicar à busca por vida em outros planetas. Os pesquisadores estão empenhados em encontrar exoplanetas dentro da zona habitável - uma distância de sua estrela que estaria dentro de uma faixa de temperatura que poderia sustentar vida. O novo estudo sugere que esses planetas, como a Terra, também pode congelar temporariamente se o clima mudar abruptamente. Mesmo que estejam dentro de uma zona habitável, Planetas semelhantes à Terra podem ser mais suscetíveis a eras glaciais globais do que se pensava anteriormente.

"Você poderia ter um planeta que fica bem dentro da zona habitável clássica, mas se a luz solar incidente mudar muito rápido, você poderia obter um Snowball Earth, "diz o autor principal Constantin Arnscheidt, um estudante de pós-graduação no Departamento da Terra do MIT, Ciências Atmosféricas e Planetárias (EAPS). "O que isso destaca é a noção de que há muito mais nuances no conceito de habitabilidade."

Arnscheidt é co-autor do artigo com Daniel Rothman, Professor de geofísica da EAPS, e co-fundador e co-diretor do Centro Lorenz.

Uma bola de neve em fuga

Independentemente dos processos específicos que desencadearam glaciações passadas, os cientistas geralmente concordam que Snowball Earths surgiu de um efeito "descontrolado" envolvendo um feedback de gelo-albedo:conforme a luz solar incidente é reduzida, o gelo se expande dos pólos para o equador. Quanto mais gelo cobre o globo, o planeta se torna mais reflexivo, ou superior em albedo, que resfria ainda mais a superfície para que mais gelo se expanda. Eventualmente, se o gelo atingir uma certa extensão, isso se torna um processo descontrolado, resultando em uma glaciação global.

As eras glaciais globais na Terra são de natureza temporária, devido ao ciclo do carbono do planeta. Quando o planeta não está coberto de gelo, os níveis de dióxido de carbono na atmosfera são, de certa forma, controlados pelo desgaste de rochas e minerais. Quando o planeta está coberto de gelo, intemperismo é amplamente reduzido, para que o dióxido de carbono se acumule na atmosfera, criando um efeito estufa que eventualmente descongela o planeta de sua idade do gelo.

Os cientistas geralmente concordam que a formação de Snowball Earths tem algo a ver com o equilíbrio entre a entrada da luz solar, o feedback de gelo-albedo, e o ciclo global do carbono.

"Existem muitas ideias sobre o que causou essas glaciações globais, mas todos eles realmente se resumem a alguma modificação implícita da radiação solar que chega, "Arnscheidt diz." Mas geralmente tem sido estudado no contexto de cruzar um limiar. "

Ele e Rothman haviam estudado anteriormente outros períodos da história da Terra onde a velocidade, ou a taxa na qual certas mudanças no clima ocorreram teve um papel no desencadeamento de eventos, como extinções em massa anteriores.

"No decorrer deste exercício, percebemos que havia uma maneira imediata de fazer uma questão séria, aplicando tais ideias de inclinação induzida pela taxa, para Snowball Earth e habitabilidade, "Rothman diz.

"Desconfie da velocidade"

Os pesquisadores desenvolveram um modelo matemático simples do sistema climático da Terra que inclui equações para representar as relações entre a radiação solar que entra e sai, a temperatura da superfície da Terra, a concentração de dióxido de carbono na atmosfera, e os efeitos do intemperismo na absorção e armazenamento de dióxido de carbono atmosférico. Os pesquisadores conseguiram ajustar cada um desses parâmetros para observar quais condições geraram uma bola de neve na Terra.

Em última análise, eles descobriram que um planeta tinha mais probabilidade de congelar se a radiação solar incidente diminuísse rapidamente, a uma taxa mais rápida do que uma taxa crítica, ao invés de um limite crítico, ou determinado nível de luz solar. Há alguma incerteza em exatamente qual seria essa taxa crítica, já que o modelo é uma representação simplificada do clima da Terra. No entanto, Arnscheidt estima que a Terra teria que experimentar uma queda de cerca de 2 por cento na luz solar incidente em um período de cerca de 10, 000 anos para entrar em uma era do gelo global.

"É razoável supor que as glaciações anteriores foram induzidas por mudanças geologicamente rápidas na radiação solar, "Arnscheidt diz.

Os mecanismos específicos que podem ter escurecido rapidamente os céus ao longo de dezenas de milhares de anos ainda estão em debate. Uma possibilidade é que vulcões espalhados podem ter espalhado aerossóis na atmosfera, bloqueando a entrada da luz solar em todo o mundo. Outra é que as algas primitivas podem ter desenvolvido mecanismos que facilitaram a formação de nuvens refletoras de luz. Os resultados deste novo estudo sugerem que os cientistas podem considerar processos como estes, que reduzem rapidamente a radiação solar recebida, como gatilhos mais prováveis ​​para as eras glaciais da Terra.

"Mesmo que a humanidade não vá desencadear uma glaciação em forma de bola de neve em nossa atual trajetória climática, a existência de tal 'ponto de inflexão induzido pela taxa' em escala global ainda pode permanecer um motivo de preocupação, "Arnscheidt aponta." Por exemplo, ensina-nos que devemos ter cuidado com a velocidade com que estamos modificando o clima da Terra, não apenas a magnitude da mudança. Pode haver outros pontos de inflexão induzidos pela taxa que podem ser desencadeados pelo aquecimento antropogênico. Identificá-los e restringir suas taxas críticas é uma meta válida para pesquisas futuras. "