In pubblicazione il 18 AGO 2015

La terra "palla di neve" di milioni di anni fa

L'evento servirà a capire quali pianeti extraterrestri sono "abitabili"


Fonte Immagine: Col. Mario Giuliacci

 

Immaginate un mondo senza acqua liquida - solo solido ghiaccio in tutte le direzioni. Non sarebbe certamente un luogo che la maggior parte delle forme di vita vorrebbero vivere. Eppure il nostro pianeta ha attraversato diversi periodi congelati, in cui un effetto instabilità climatica  ha portato alla copertura  di ghiaccio sul pianeta. L'ultima di queste cosiddette glaciazioni "Snowball Terra"  si concluse intorno 635 milioni anni fa, quando la vita complessa stava cominciando a svilupparsi. E 'ancora incerto se il ghiaccio ricopriva l'intero pianeta.

"Studiare le glaciazioni della terra Snowball  può dirci quanti danni alla vita  può causare e se la  vita come noi la conosciamo sarebbe probabilmente sopravvissuta", dice il geologo Linda Sohl di Center della Columbia University for Climate Systems Research e Goddard Institute della NASA per gli studi spaziali.

Fig. 1 La terra è stata una  "palla di neve" ghiacciata, o fangosa? (Image credit: NASA / JPL / Eric Rignot)

Sohl ei suoi colleghi stanno prendendo modelli climatici globali - quelli maggior parte delle persone usano per prevedere dove il nostro pianeta si sta dirigendo in futuro -  per studiare come è stato il clima nel nostro pianeta nel  passato.

Nelle loro simulazioni del periodo Cryogenian (850-635 milioni di anni fa), il gruppo ha scoperto che la temperatura media globale della Terra potrebbe essere caduto 12 gradi centigradi sotto lo zero, eppure il mondo non si sarebbe completamente gelato. I modelli prevedono che la metà degli oceani resterebbero  liberi dai ghiacci anche in queste condizioni estreme. 

 Il tema di ricerca ha ricevuto una sovvenzione dal settore di  Biologia Evolutiva e Esobiologia della Astrobiologia, un programma della NASA per esplorare altri scenari Terra palla di neve. L'obiettivo è quello di identificare quali fattori, come ad esempio la disposizione dei continenti e  della circolazione oceanica, svolgono un ruolo nel provocare glaciazioni o arrestarle.

I risultati potrebbero influenzare le discussioni sui limiti di abitabilità attorno ad altre stelle. Pianeti acqua portanti come la Terra può portare qualche meccanismo di difesa naturale contro il gelo globale, e questo potrebbe significare l'acqua liquida è più comune nell'universo di astrobiologi hanno tradizionalmente assunto.

Neve dura  o fangosa

Gli scienziati sostengono che almeno due glaciazioni "Terra palla di neve" si sono verificate durante il periodo Cryogeniano, circa 640 e 710 milioni di anni fa. Ogni durato circa 10 milioni di anni.

La prova principale della gravità di questi eventi viene da prove geologiche dei ghiacciai vicino all'Equatore. Se il ghiaccio si  spostò fino alle basse latitudini, come si sostiene, allora deve essere andato ovunque ("all in").

Questa "all in" risposta clima è dovuta alla elevata riflettività, o albedo, di ghiaccio. Il ghiaccio riflette il 55-80 per cento della luce solare in arrivo, inviando l'energia nello spazio prima che possa riscaldare il pianeta. In confronto, l'acqua dell'oceano riflette solo il 12 per cento, e le aree continetali riflettono tra il 10 e il 40 per cento, quindi più del calore del sole viene assorbito da queste condizioni di superficie. Un ulteriore fattore di raffreddamento del pianeta è che il Sole era del 6 per cento più debole durante il periodo Cryogeniano di quanto lo sia ora.

I primi modelli hanno mostrato che una volta il ghiaccio raggiunga le  latitudini tropicali, allora si innesca  un ciclo di feedback positivo potrebbe  dove la copertura di ghiaccio porterebbe a temperature più basse, il che aggiungere altra copertura di ghiaccio, che abbasserebbe la temperatura ancora di più. Questo effetto continuerebbe presumibilmente  finché l'intero pianeta geli, con anche gli oceani coperti di quanto uno strato chilometro di spessore di ghiaccio.

Questa cosiddetta "palla di neve dura" bloccherebbe  il pianeta in un inverno eterno, à la hit Disney, "Frozen". La differenza è che non esistono formule magiche per fondere una palla di neve da surgelamento.

In effetti, gli scienziati hanno avuto un momento difficile spiegare come una palla di neve dura  si sarebbe potuta  poi sciogliersi. Una proposta è che l'attività vulcanica ha rilasciato gas serra che hanno riscaldato poi  il pianeta.  Ma la quantità di anidride carbonica (CO 2) necessaria sarebbe dovuta  essere diverse centinaia di volte superiore a quella che la nostra atmosfera contiene ora. Tuttavia, non ci sono prove a sostegno di così tanta  CO2  nell'atmosfera Cryogeniana, dice Sohl.

Un altro problema per la teoria di una terra fatta a "palla di neve dura" è la mancanza di un evento di estinzione di massa  della vita così come risulta dalla documentazione fossile nel Cryogeniano.


 Ci si aspetterebbe un colpo mortale per l'ecosistema marino, quando presumibilmente  la spessa coltre di ghiaccio avrebbe dovuto impedire alla luce solare di penetrare in profondità negli oceani.  Ma  in reltà sono stati trovati solo relativamente piccoli estinzioni.

 

Fig. 2 - Neve e la copertura di ghiaccio marino 715 milioni di anni fa  ("Snowball Earth") come  simulazione dal modello GISS del clima. . (Image credit: NASA-GISS / Columbia-CCSR)

Un'ulteriore complicazione è la prova che un ciclo dell'acqua sia esistito anche  durante il periodo Cryogeniano.  Tali  precipitazioni in realtà non avrebbero potuto svilupparsi se gli oceani  fossero stati tutti ricoperti di ghiaccio.

"L'idea che la Terra era un tempo interamente coperto dal ghiaccio - i continenti da strati di ghiaccio spessi e gli oceani di spessore del ghiaccio marino - rimane un po 'controversa," afferma Richard Peltier del fisico dell'Università di Toronto.

In risposta a queste preoccupazioni, una teoria alternativa è sviluppata che va sotto il nome di "slushball." In questo caso, la terra diventa ampiamente coperto di ghiaccio, ma l'acqua rimane vicino all'equatore. Sohl dice che molti dei suoi colleghi geologi propendere verso lo scenario slushball, come sembra corrispondere meglio osservazioni.

Questo non vuol dire che una palla di neve dura non è mai avvenuto. Una ampia glaciazione ha avuto luogo circa 2,2 miliardi di anni fa, nell'era paleoproterozoico, e sembra plausibile che la copertura di ghiaccio globale si è verificato  anche poi, dice Sohl.  Rispetto al Cryogenian, il sole era ancora più debole  del paleoproterozoico ( - 16 per cento di luminosità da ora). La tempistica della glaciazione sembra anche coincidere con l'evoluzione della vita fotosintetica, che avrebbe ridotto drasticamente i gas serra attraverso il rilascio di ossigeno.

 

Fig.3 La concezione di un artista del pianeta extrasolare Kepler-62f, che si trova nella parte più esterna della "zona abitabile" della stella Kepler-62. E 'stato ipotizzato che la superficie del pianeta è per lo più acqua, ma che senza una densa di CO2 nell'atmosfera, l'acqua sarebbe ghiaccio. (Image credit: NASA Ames / JPL-Caltech / Tim Pyle)

Altri mondi di ghiaccio

Queste non sono le prime simulazioni climatiche per mostrare che il congelamento di un pianeta non è così facile, ma "il messaggio non è realmente ottenuto alle astrobiologi", afferma Sohl. La comunità astrobiologia tende a pensare alla palla di neve dura come il bordo freddo di abitabilità. Essi sono spesso inconsapevoli come "fangosa" quel bordo può essere.

La definizione tradizionale del pianeta abitabilità è la presenza di acqua liquida. E per comodità, gli scienziati spesso presumono che lo stato dell'acqua è determinata dalla distanza che un pianeta ha dalla sua stella. In tal caso, la "zona abitabile" è la regione attorno a una stella dove dovrebbe esistere acqua allo stato liquido. Un pianeta di fuori di questa zona abitabile dovrebbe essere in zona "palla di neve" permanente.

Ma coloro che studiano il clima sanno che un sacco di fattori favoriscono  il congelamento oltre che  la distanza stella-pianeta. Attraverso il suo progetto attuale, Sohl spera di chiarire alcuni di questi fattori.

"Alla fine, penso che ci renderemo conto che la zona abitabile è più ampia di quanto avevamo inizialmente pensato", dice.

 



Fonte Articolo: Michael Schirber, Astrobiology Magazine - NASA
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