Vad orsakade den största glaciationshändelsen i jordens historia, känd som "snöbollsjorden"? Geologer och klimatforskare har letat efter svaret i åratal men grundorsaken till fenomenet är fortfarande svårfångad.

Nu, Forskare från Harvard University har en ny hypotes om vad som orsakade den skenande glaciationen som täckte jorden pol-till-pol i is.

Forskningen är publicerad i Geofysiska forskningsbrev .

Forskare har pekat ut starten på vad som kallas Sturtian snowball Earth-händelsen för cirka 717 miljoner år sedan - ge eller ta några 100, 000 år. Vid den tiden, en enorm vulkansk händelse ödelade ett område från dagens Alaska till Grönland. Tillfällighet?

Harvardprofessorerna Francis Macdonald och Robin Wordsworth trodde inte.

"Vi vet att vulkanisk aktivitet kan ha en stor effekt på miljön, så den stora frågan var, hur är dessa två händelser relaterade, sa Macdonald, John L. Loeb docent i naturvetenskap.

I början, Macdonalds team trodde att basaltisk sten - som bryts ner till magnesium och kalcium - interagerade med CO2 i atmosfären och orsakade nedkylning. Dock, om så vore fallet, nedkylning skulle ha skett under miljontals år och radioisotop från vulkaniska bergarter i det arktiska Kanada tyder på ett mycket mer exakt sammanträffande med nedkylning.

Macdonald vände sig till Wordsworth, som modellerar klimat av icke-jordiska planeter, och frågade:kan aerosoler som släpps ut från dessa vulkaner ha snabbt kylt jorden?

Svaret:ja, under rätt förutsättningar.

"Det är inte unikt att ha stora vulkaniska provinser i utbrott, sade Wordsworth, biträdande professor i miljövetenskap och teknik vid Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science. "Denna typer av utbrott har hänt om och om igen under geologisk tid, men de är inte alltid förknippade med avkylningshändelser. Så, frågan är, vad gjorde denna händelse annorlunda?"

Geologiska och kemiska studier av denna region, känd som Franklins stora magmatiska provins, visade att vulkaniska bergarter bröt ut genom svavelrika sediment, som skulle ha pressats ut i atmosfären under utbrottet som svaveldioxid. När svaveldioxid kommer in i de övre lagren av atmosfären, den är väldigt bra på att blockera solstrålning. 1991 års utbrott av Mount Pinatubo i Filippinerna, som sköt omkring 10 miljoner ton svavel i luften, minskade globala temperaturer med cirka 1 grad Fahrenheit under ett år.

Svaveldioxid är mest effektiv för att blockera solstrålning om den kommer förbi tropopausen, gränsen som skiljer troposfären och stratosfären åt. Om den når denna höjd, det är mindre sannolikt att det förs tillbaka till jorden i nederbörd eller blandas med andra partiklar, förlänger dess närvaro i atmosfären från ungefär en vecka till ungefär ett år. Tropopausbarriärens höjd beror helt på planetens bakgrundsklimat – ju svalare planet är, ju lägre tropopaus.

"I perioder av jordens historia när det var väldigt varmt, vulkanisk kylning skulle inte ha varit särskilt viktig eftersom jorden skulle ha skyddats av denna varma, hög tropopaus, " sade Wordsworth. "I kallare förhållanden, Jorden blir unikt sårbar för att ha sådana här typer av vulkaniska störningar i klimatet."

"Vad våra modeller har visat är att sammanhang och bakgrund verkligen spelar roll, sa Macdonald.

En annan viktig aspekt är var svaveldioxidplymen når stratosfären. På grund av kontinentaldrift, 717 miljoner år sedan, Franklins stora magmatiska provins där dessa utbrott ägde rum var belägen nära ekvatorn, ingångspunkten för det mesta av solstrålningen som håller jorden varm.

Så, en effektiv ljusreflekterande gas kom in i atmosfären på precis rätt plats och höjd för att orsaka kylning. Men ett annat element behövdes för att skapa det perfekta stormscenariot. Trots allt, Pinatubo-utbrottet hade liknande egenskaper men dess kyleffekt varade bara i ungefär ett år.

Utbrotten som kastade svavel i luften för 717 miljoner år sedan var inte engångsexplosioner av enstaka vulkaner som Pinatubo. Vulkanerna i fråga sträckte sig över nästan 2, 000 mil över Kanada och Grönland. Istället för enastående explosiva utbrott, dessa vulkaner kan få utbrott mer kontinuerligt som de på Hawaii och Island idag. Forskarna visade att ett decennium eller så av kontinuerliga utbrott från denna typ av vulkaner kunde ha hällt ut tillräckligt med aerosoler i atmosfären för att snabbt destabilisera klimatet.

"Kylning från aerosoler behöver inte frysa hela planeten, det måste bara driva isen till en kritisk latitud. Sedan gör isen resten, sa Macdonald.

Ju mer is, ju mer solljus reflekteras och desto svalare blir planeten. När isen väl når breddgrader runt dagens Kalifornien, den positiva återkopplingsslingan tar över och den skenande snöbollseffekten är i stort sett ostoppbar.

"Det är lätt att tänka på klimatet som detta enorma system som är mycket svårt att förändra och på många sätt är det sant. Men det har skett mycket dramatiska förändringar i det förflutna och det finns alla möjligheter att en så plötslig förändring kan inträffa i framtiden som väl, sa Wordsworth.

Att förstå hur dessa dramatiska förändringar inträffar kan hjälpa forskare att bättre förstå hur utrotningar inträffade, hur föreslagna geoengineeringsmetoder kan påverka klimatet och hur klimat förändras på andra planeter.

"Denna forskning visar att vi behöver komma bort från ett enkelt paradigm av exoplaneter, tänker bara på stabila jämviktsförhållanden och beboeliga zoner, " sa Wordsworth. "Vi vet att jorden är en dynamisk och aktiv plats som har haft skarpa övergångar. Det finns all anledning att tro att snabba klimatövergångar av denna typ är normen på planeter, snarare än undantag."