Ziemia-śnieżka – hipoteza głosząca, że Ziemia pod koniec prekambru została całkowicie lub prawie całkowicie pokryta lądolodem w wyniku ówczesnego zlodowacenia. Różne modele zakładają różny zasięg pokrywy lodowej, ale wszystkie zgadzają się że było to zjawisko o charakterze globalnym.

Istnieje też wersja tej hipotezy zakładająca kilkakrotne zlodowacenie całej planety.

Początki hipotezy

Pierwszym, który odkrył i opisał zjawisko zlodowacenia całego globu i użył terminu Ziemia Śnieżka (the Snowball Earth), był John Kirschvink. Wykazał on na podstawie pomiarów paleomagnetycznych, że kluczowe dla tej idei osady lodowcowe ery neoproterozoicznej tworzyły się w obszarach okołorównikowych (podzwrotnikowych). Jednak do popularyzacji tego poglądu doprowadził dopiero zespół autorski na czele z P.F. Hoffmanem (1998). Stworzył on model globalnego zlodowacenia tłumaczący szereg czynników, które miałyby być odpowiedzialne za to niezwykłe (i nie aktualistyczne) zjawisko geologiczne. Zgodnie z ich hipotezą, w prekambrze pojawiła się epoka lodowcowa tak silna, że wszystkie oceany Ziemi zamarzły. Cała planeta została pokryta ponad kilometrową czapą lodu. Jedynie głębie oceaniczne podgrzewane wewnętrznym ciepłem Ziemi pozostały niezamrożone. Nie było deszczu, śniegu ani chmur.

Dane podstawowe hipotezy

Od lat 60. XX wieku wiadomo, że jedyny istniejący wtedy na Ziemi superkontynent Rodinia podlegał w okresie od 750 mln do 580 mln lat temu zlodowaceniu. Paleontolog W. Brian Harland zauważył, że wszystkie osady lądowe pochodzące z tego okresu noszą ślady lodowca i zaproponował istnienie w tym okresie epoki lodowcowej. Jednak problemem okazało się to, że część ówczesnego kontynentu leżała na równiku. Większość pozostałych okresów zlodowaceń nie dotyczyło rejonów równikowych, bo zwykle było tam zbyt ciepło. Dalsze badania dryfu kontynentów wykazały, że 750 mln lat temu jedynie Rodinia leżała prawie całkowicie na równiku.

współczesna Antarktyda – tak wyglądać mogła powierzchnia Ziemi-śnieżki

W tym momencie pojawiła się teoria Ziemi-śnieżki. Jeżeli równik został pokryty lodem, oznaczało to pokrycie białą czapą całej planety. Podstawą tego rozumowania był fakt, że wzrost ilości lodu podwyższa albedo powierzchni planety. Biały lód odbija znacznie więcej ogrzewającego planetę światła słonecznego, niż woda czy ziemia. Jeżeli lodu zaczyna przybywać, to Ziemia odbija coraz więcej ciepła w kosmos i lodu przybywa jeszcze więcej – pojawia się dodatnie sprzężenie zwrotne. Wyliczono, że przekroczenie przez lodowce równoleżnika 30 stopni na obu półkulach lub 20 na jednej półkuli oznacza nieodwracalnie zamrożenie całej planety. W takiej sytuacji bowiem ilość energii absorbowanej jest już mniejsza od odbijanej przez czapę lodową.

Jeżeli stwierdzono obecność lodu na równiku oznacza to, że proces zamarzania Ziemi musiał osiągnąć swój szczyt i cała planeta zamieniła się w wielką "śnieżkę". Okres globalnego zlodowacenia trwał według różnych wyliczeń nieprzerwanie od 85 tysięcy do nawet 1.750 tysięcy lat. Pomiędzy okresami całkowitego zamarznięcia powierzchni Ziemi pojawiały się ograniczone w zasięgu, krótkotrwałe okresy ocieplenia (interglacjały) ale nie doprowadzały one do wycofania się lodowców poza granicę 30. stopnia szerokości geograficznej.

Hipoteza Ziemi-śnieżki wywołała ogromne kontrowersje. Niewyobrażalne wydawało się zamarznięcie całej planety. Na dodatek wiadomo, że przed epoką lodu i po niej istniało życie. Co więcej, niedługo po stopieniu lodu, na Ziemi miała miejsce tzw. eksplozja kambryjska. Planetę zasiedliła niezliczona ilość nowych wielokomórkowych organizmów, które pozostawiły ogromną ilość skamieniałości. Wszystkie te argumenty przemawiały przeciw hipotezie Ziemi-śnieżki.

Zamarznięcie

Naukowcy powszechnie zgadzają się, że ważnym czynnikiem określającym temperaturę na Ziemi jest ilość dwutlenku węgla (CO2) w atmosferze. Wzrost poziomu CO2 powoduje wzrost średnich temperatur na całej planecie. Zjawisko to nosi nazwę efektu cieplarnianego (który może, ale nie musi być zależny od wpływu człowieka). Jednak co się stanie, kiedy cieplarnianych gazów zacznie ubywać? W takiej sytuacji cała planeta może się znacznie oziębić. Być może erozja krzemianów może doprowadzić do szybszego niż zwykle wiązania dwutlenku węgla w glebie. Dodatkowo 750 mln lat temu na Ziemi istniały już zdolne do fotosyntezy bakterie. One również są w stanie wiązać CO2, produkując związki organiczne. Nagły wzrost aktywności takich organizmów oraz pochłaniania gazów cieplarnianych przez glebę mógł spowodować tak silny spadek sprawności efektu cieplarnianego, że średnie temperatury na całej planecie znacznie się obniżyły. Powstający lód spowodował jeszcze większe obniżenie temperatury (albedo Ziemi wynosiło prawie 1) i w końcu cała Ziemia zamarzła. Podczas gdy w czasie ostatnich epok lodowych temp. obniżała się o ok. 3 – 12 °C, to po zamarznięciu całej planety jej średnia temperatura mogła wynosić nawet –50 °C.