Filmen Övermorgon skildrar ett katastrofalt klimatskifte till global kyla, som kallas den nya istiden. I filmen, smältning av polarisen orsakad av global uppvärmning stör den nordatlantiska strömmen, snabbt sänka havstemperaturen, i slutändan leder till att havet fryser på en global skala. Även om denna överdrivna effekt som porträtteras av den här fiktiva filmen innehåller lite vetenskaplig sanning, många forskare studerar en global istid under kryogen, en geologisk period som varade från 720 till 635 miljoner år sedan.

Ny forskning om glacial refugia har värmt upp debatten om denna istid, brygga en strid om i vilken utsträckning glaciationen täckte jorden. Två huvudhypoteser ligger på bordet:"Snowball Earth"-teorin, som hävdar att is täckte hela jorden, och "Slushball Earth"-hypotesen, där havets band nära ekvatorn höll sig öppet, tillåta den hydrologiska cykeln – avdunstning och utfällning av vatten – att bestå.

Termen Snowball Earth myntades först av Joe Kirschvink, en geobiolog vid CalTech i slutet av 1980-talet. Teorin baserades på den tidiga observationen att glaciala avlagringar från denna tid var utbredda på nästan alla kontinenter, med vissa geologiska bevis som till och med tyder på glaciation på tropiska breddgrader. Den plötsliga förändringen i klimatet har sina rötter i den positiva återkopplingsslingan, vanligen kallad albedoeffekten ("vithet" på latin). Enkelt uttryckt, när jorden svalnar och is bildas från polen ner till lägre breddgrader, albedon, eller jordens vithet ökar, reflekterar mer solstrålning – precis som hur en svart t-shirt absorberar mer värme, medan en vit t-shirt reflekterar ljusets alla våglängder.

Tillsammans med albedoeffekten, den långsiktiga kolcykeln satte fart, ger dubbel positiv feedback. När den antika superkontinenten Rodinia bröts isär, den nyskapade kustlinjen på den låga breddgraden intensifierade bergets vittring. Silikatsten, som utgör majoriteten av jordskorpan, går igenom en kemisk vittringsreaktion som tar bort CO2 från atmosfären. När den atmosfäriska CO2 minskade, Jorden blev kallare, som CO2, tillsammans med andra växthusgaser, blockerar värme från att fly jorden. Dessutom, eftersom de uppdelade kontinenterna låg på de låga breddgraderna, de kunde inte ha förhindrat framryckningen av is som bildades i polerna, den kallaste regionen på jorden, vilket skulle ha skapat en helt frusen planet.

Kritikerna av Snowball Earth-teorin – inklusive professor Richard Peltier och hans kollegor vid University of Toronto och Texas A&M – publicerade en artikel som motbevisade hypotesen, där de kör en serie simuleringar som resulterade i ett ekvatorialbälte av öppet vatten som kan förklara organismernas överlevnad under istiden, såväl som det efterföljande återupplivandet av många arter.

Deras argument härrör från det faktum att glaciationsprocessen inte bara innebar positiv feedback, men också en viktig negativ feedback. När klimatet blev kallare, det atmosfäriska syret skulle ha sjunkit djupare ner i havet. När atmosfäriskt syre spred sig djupt ner i havet, det band med lagret av gammalt organiskt material, bildar CO2. Koldioxid, släpps tillbaka till atmosfären, skulle ha värmt jorden av växthuseffekten, som skulle ha avfrostat jorden, stoppa inlandsisarna och glaciärerna från att gå vidare. Därför, sådan negativ feedback kunde ha förhindrat is från att helt täcka jordytan.

Peltier ger ytterligare ett viktigt bevis mot teorin om Snowball Earth:en geografisk region som möjliggjorde överlevnad av fauna och flora, kallad "glacial refugia". Hade jorden frostat sig helt, dess hårda klimat skulle ha dödat många organismer. Dessutom, fullständig reflektion av solstrålning skulle ha decimerat fotosyntetiska organismer. Än, det finns ingen sådan geologisk indikation på att en massutrotning inträffade.

Debatten om hård kontra slaskig Snowball Earth blir mer gåtfull i slutet av den kryogena perioden och början av Kambrium, när den så kallade "kambriska explosionen" av djurliv inträffar. Den kambriska explosionen hänvisar till ett kort intervall under vilket många flercelliga djur i olika former dök upp på jordens yta. Kritiker av Snowball Earth hävdar att en så dramatisk ökning av biologisk mångfald inom en kort tidsperiod inte skulle ha kunnat hända i ett hårt Snowball Earth-scenario, eftersom många organismer före explosionen skulle ha dött ut. Anhängarna av Snowball Earth, å andra sidan, hävdar att den biologiska mångfalden helt enkelt är resultatet av de robusta mikroorganismer som överlevde Snowball Earth, utvecklas i storlek såväl som anatomisk komplexitet över tiden.

Ingen av dessa hypoteser är huggna i sten, utan snarare är en del av en pågående debatt som kräver mycket klargörande. För att bättre förstå vad som hände under den kryogeniska perioden, att utveckla olika klimatmodeller med många parametrar är nödvändigt, ger flexibilitet till den ständigt okända komplexiteten i tidigare klimatförhållanden. Dessutom, noggrann studie av organismerna som överlevde Snowball Earth kan ytterligare hjälpa vår förståelse av denna gåtfulla period.

Den här historien är återpublicerad med tillstånd av Earth Institute, Columbia University http://blogs.ei.columbia.edu.