Föreställ dig jorden helt täckt av is. Även om det är svårt att föreställa sig alla dagens hav och landmassor skymda av glaciärer, En sådan istäckt version av planeten var inte så långsökt för miljoner år sedan.

Varar från cirka 1, 000 till 540 miljoner år sedan, det dramatiska kapitlet som kallas Neoproterozoic Era är en viktig del av jordens 4,5 miljarder år långa historia. Under den perioden av svår glaciation var en tid då flercelliga organismer började diversifiera sig och spred sig över planeten.

Många forskare hävdar att is kan ha täckt varje yta på planeten, som sträcker sig från polerna hela vägen till ekvatorns heta tropiker – en hypotes som kallas 'Snöbollsjorden'.

Hur var det möjligt att det fanns global is – även i de varmaste områdena på jorden?

Forskare från University of Rochester kastar nytt ljus över den frågan. Genom att analysera mineraldata som lämnats av glaciärer före början av den neoproterozoiska eran, Scott MacLennan, en postdoktoral forskarassistent i Mauricio Ibanez-Mejias labb, en biträdande professor vid institutionen för geo- och miljövetenskap, presentera de första geologiska bevisen på att jorden kan ha haft ett svalt klimat innan Snowball Earth.

Studien, publiceras i Vetenskapens framsteg , ger viktig information om en period av planetens historia som banade väg för utvecklingen av komplext liv på jorden.

"Det här är en fascinerande period, eftersom dessa dramatiska miljöförändringar inträffade precis när de första riktiga djuren började dyka upp och utvecklas på jorden, " säger Ibanez-Mejia.

Vad orsakade Snowball Earth?

En kritisk aspekt för att förstå en period av planetomfattande glaciation är att bestämma hur klimatet var innan Snowball Earth. Datormodeller indikerar att ett svalt globalt klimat var nödvändigt för att initiera ett Snowball Earth-tillstånd, men ett sådant tillstånd har inte bekräftats av geologiska bevis. Istället, geologiska bevis har tidigare antytt att jorden hade ett varmt och isfritt klimat omedelbart före den neoproterozoiska glaciationen.

Även om forskare inte vet de exakta mekanismerna som kan ha orsakat Snowball Earth, de misstänker att vad de än var, mekanismerna involverade en massiv minskning av koldioxidkoncentrationerna i atmosfären. Det finns flera scenarier där den atmosfäriska koldioxiden kan ha minskat. De inkluderar en ökning av biomassan i haven, som kan ha tagit ut koldioxid ur atmosfären och förvandlat den till organiskt material, eller en ökning av vittringen av den kontinentala skorpan, som också tar upp koldioxid.

För att avgöra om dessa scenarier är genomförbara, dock, det är viktigt att veta mer om jordens klimat innan de massiva glaciationshändelserna började.

"Om jorden var väldigt varm, det skulle betyda att havet lagrade mycket värme, som skulle ta mycket tid att bli av med för att skapa en snöbollsjord, " säger MacLennan.

Låsa upp klimatledtrådar i stenar

Forskare kan bestämma jordens klimat vid tidpunkter genom att studera stenar som avsatts vid olika tidpunkter under jordens historia. MacLennan och hans kollegor använde zirkondateringsmetoder för att mycket exakt datera glaciala stenar som finns i dagens Virginia. Paleomagnetisk data, som gör det möjligt för forskare att avgöra var kontinenterna var belägna för tusentals och till och med miljoner år sedan, har fastställt att Virginia låg mitt på en superkontinent i tropikerna medan glaciärstenarna avsattes. Superkontinenten bröts senare upp i mindre delar.

Forskarna upptäckte att glaciärstenarna faktiskt avsattes 30 miljoner år före den första Snowball Earth. Observationen var överraskande eftersom de hade förväntat sig att glaciärstenarna skulle vara relaterade till händelsen Snowball Earth. Istället, upptäckten indikerar att det fanns glaciärer i tropikerna nära ekvatorn – om än på potentiellt höga höjder – även före Snowball Earth.

"Planeten blir alltid kallare bort från tropikerna och mot polerna eftersom jorden får det mesta av sitt inkommande solljus vid ekvatorn, " säger MacLennan. "Om det finns glaciärer i tropikerna, resten av planeten måste också ha varit väldigt kall. Detta innebär att vår tidigare vision om en het, fuktig värld innan Snowball Earth är förmodligen felaktig."

Den potentiella triggermekanismen för den massiva globala kylningen kanske inte har varit så extrem som vissa forskare tror; planeten förvandlades inte omedelbart från ett varmt tillstånd till ett fruset tillstånd utan verkar istället ha upplevt en mer gradvis avkylning till ett Snowball Earth-tillstånd.

Livets överlevnad under den neoproterozoiska eran

Denna forskning väcker intressanta frågor om hur jorden verkligen såg ut för 800 till 700 miljoner år sedan, före Snowball Earth-evenemang, under en tid då intressanta biologiska innovationer ägde rum när flercelliga organismer började diversifiera sig.

"Det har funnits många frågor om hur fler- och encelliga livsformer skulle överleva Snowball Earths, speciellt om det skedde en snabb övergång från en het växthusvärld, " säger MacLennan. "Våra uppskattningar för klimatet före snöbollen tyder på att planeten förmodligen var kallare än den moderna världen, vilket betyder att det kan ha funnits gott om kalla miljöer på hög latitud och höjd där organismer kunde ha anpassat sig till dessa kalla förhållanden."