De aarde heeft vele geologische fasen doorgemaakt, maar kende één opvallende periode van stagnatie: onze planeet kende een tropische omgeving waar algen en eencellige organismen bijna 2 miljard jaar lang floreerden. Toen veranderden de zaken drastisch toen de planeet in een diepe bevriezing werd gedompeld.
Het was voorheen onduidelijk wanneer de aarde een gigantische vriezer werd. Onderzoekers van de Universiteit van Londen hebben bewijs gevonden in rotspartijen in Schotland, bekend als de Port Askaig Formation, die bewijzen tonen van een overgang van een tropische naar een bevroren aarde 717 miljoen jaar geleden. Dit markeert het begin van de Sturtian-ijstijd en zou de eerste van twee “Sneeuwbalaarde”-gebeurtenissen zijn geweest waarbij een groot deel van het oppervlak van de planeet bedekt was met ijs. Er wordt aangenomen dat meercellig leven ontstond nadat de aarde was ontdooid.
Gevonden op de Schotse eilanden die bekend staan als de Garvelachs, is deze ontsluiting binnen de Port Askaig Formatie uniek omdat het het eerste sluitende bewijs biedt van het moment waarop de tropische aarde bevroor – de lagen daaronder vertegenwoordigen een tijdsbestek van warmer naar kouder. Andere gesteenten die in dezelfde periode in andere delen van de wereld zijn gevormd, missen dit overgangsbewijs omdat oude gletsjers dit waarschijnlijk hebben weggeschraapt.
“Harbour Askaig bewaart een relatief compleet overzicht van de mondiale ‘Sturtian-glaciatie'”, aldus onderzoekers in een onderzoek dat onlangs in de Journal of the Geological Society is gepubliceerd.
In mijn sneeuwbaltijdperk
Onder de rotsen gevormd tijdens de Sturt-ijstijd bevindt zich een diepe laag carbonaatgesteenten die bekend staat als de Garb Eileach-formatie. Ze dateren uit de warme, tropische toonperiode, die 1 miljard jaar geleden begon en duurde tot 717 miljoen jaar geleden, toen de kou het overnam. De jongste rotsen in deze formatie zijn het bewijs van de overgang naar de eerste “sneeuwbal van de aarde”.
Waarom kreeg de aarde aanvankelijk zulke extreme kou te verduren? De plotselinge afname van de zonnestraling heeft waarschijnlijk geleid tot een bijzonder lange winter die (excuseer de woordspeling) een sneeuwbaleffect veroorzaakte. Met minder straling ontstaat er meer ijs, en meer ijs maakt de planeet reflecterend, wat betekent dat het meer zonlicht terug de ruimte in stuurt en ervoor zorgt dat de planeet blijft afkoelen, waardoor er nog meer ijs kan ontstaan.
Om erachter te komen wanneer deze mondiale afkoeling begon, verzamelde het onderzoeksteam elf zandsteenmonsters van het eiland Garvellach om de zirkonen in de zandsteen te analyseren. Zirkonen zijn bijzonder nuttig bij het dateren van rotsformaties, omdat ze vaak zo oud zijn als het gesteente waarin ze worden gevonden, waardoor sommige van hen de oudste mineralen op aarde zijn. Ze zijn ook bestand tegen chemische afbraak. Wat vooral belangrijk is aan zirkonen is dat ze uranium bevatten, dat in de loop van de tijd tot lood vervalt. De hoeveelheid uranium die in lood is veranderd, kan ons vertellen hoe lang het geleden is dat de zirkonen zijn gevormd.
Gewoon een fase
Met behulp van laserablatie (een soort laserbeeldvorming die laat zien hoe elementen en isotopen in een monster zijn verdeeld) en plasmamassaspectrometrie bepaalden de onderzoekers de verhouding tussen uranium en lood. De tijd die nodig was voordat uranium lood werd, kwam overeen met hun schattingen, die waren gebaseerd op eerdere onderzoeken die de starttijd van de Sturt-ijstijd schatten, maar niet bevestigden.
Een ander ding dat de zirkonen uit deze ontdekking de onderzoekers vertelden, was dat de Sturt-ijstijd ongeveer 58 miljoen jaar duurde. Deze werd op de voet gevolgd door de Marinoïsche ijstijd, waarvan men dacht dat deze nog eens 16 miljoen jaar zou duren, en beide fasen van de “Sneeuwbalaarde” vormen de zogenaamde cryogene periode. De rotsen die deze zirkonen bevatten, zijn waarschijnlijk afgezet door een bewegende gletsjer toen het supercontinent Rodinia (dat voorafging aan het bekendere Pangea) uiteenviel.
De Port Askaig-formatie is nu, zo zeggen de wetenschappers in hetzelfde onderzoek, “een van de dikste (tot 1,1 km) en meest complete registraties van cryogene ijstijd.”
Omdat de gletsjers deze formatie niet hebben weggeschraapt, is er een registratie bewaard gebleven van wanneer de aarde weer begon op te warmen. Zirkoonkristallen gevormd tijdens de Sturt-ijstijd verdwijnen geleidelijk in jongere rotsen totdat ze worden vervangen door zirkonen die worden gevormd nadat het ijs begon te smelten. Er is dus niet alleen bewijs voor het begin van de diepvries, maar ook voor een dooi die ongeveer 635 miljoen jaar geleden begon.
Toen het ijs smolt, begon tijdens de Ediacaran-periode complex meercellig leven op het toneel te verschijnen. Hier kunnen verschillende redenen voor zijn. Hypotheses suggereren dat de temperatuur van het zeewater steeg, dat de instroom van zonlicht de fotosynthese op gang bracht en dat er een grotere beschikbaarheid van voedingsstoffen was dan voorheen.
Wetenschappers die betrokken zijn bij de Port Askaig-studie zijn van mening dat elk leven dat de Cryogen-periode overleefde, voor een enorme uitdaging stond toen het ijs begon te smelten. Deze organismen waren al miljoenen jaren gewend aan de constante kou, en nu moesten ze zich zo snel mogelijk aanpassen – of verdwijnen.
Hoe zit het met degenen die het overleefden? Ze werden uiteindelijk de voorouders van alle dieren die ooit hebben bestaan, en dat geldt ook voor ons.
tijdschrift van de Geological Society, 2024. DOI: 10.1144/jgs2024-02