Langere ontgletsjering van de Snowball Earth kan meerdere fasen van zeespiegelstijging en -daling hebben veroorzaakt

Globale paleogeografie 600 Ma, tijdens de Cryogenian, toont de verdeling van de continenten op aarde en de maximale uitbreiding van grote ijskappen voordat de deglaciatie plaatsvond. Er is ook extra aandacht voor de paleogeografie en ijskappen van het Kalahari-craton in Afrika.

Snowball Earth definieert perioden in de geschiedenis van onze planeet waarin ijs de hele wereld bedekte, zelfs tot aan de evenaar. Men denkt dat de wereldwijde bevriezing werd aangedreven door de uitbreiding van ijskappen, wat een klimaatkantelpunt veroorzaakte dat leidde tot een onomkeerbare ijs-albedo terugkoppeling: de ijskappen weerkaatsten inkomende zonne-energie terug de ruimte in, wat resulteerde in een afkoeling van het klimaat en een voortdurende vorming van ijskappen.

De Cryogenian-periode (~720–635 miljoen jaar geleden) wordt gekenmerkt door een paar van deze Snowball Earth-gebeurtenissen; de langere ijstijd (Sturtian) duurde ongeveer 57 miljoen jaar, gevolgd door een korte periode van interglaciaal smelten, voordat een tweede kortere ijstijd (Marinoan) zich voordeed die ongeveer 15 miljoen jaar duurde.

Het verlaten van zo’n lange periode van extreme omstandigheden vertegenwoordigde een belangrijke overgang voor het klimaat van de aarde, met een relatief snelle verschuiving naar een broeikasklimaat, intense continentale verwering en een algemene stijging van de wereldwijde zeespiegel als gevolg van het smelten van de continentale ijskappen. Deze veranderingen hadden gevolgen voor de werking van terrestrische en mariene ecosystemen, evenals voor de organismen die daarin leefden.

De Cryogenian-periode wordt verondersteld een significante rol te hebben gespeeld in de opkomst van complexe, meercellige levensvormen, met ecosystemen gebaseerd op dieren en algen die begonnen te verschijnen zodra de ijskappen zich terugtrokken.

Nieuw onderzoek, gepubliceerd in Earth and Planetary Science Letters, richtte zich op de mariene impact door het effect van de Marinoan deglaciatie (~635 Ma) op de wereldwijde zeespiegel te bepalen.

In eerdere onderzoeken van de gesteentelagen uit de Naukluft Mountains in Namibië hebben onderzoekers twee afzonderlijke intervallen van toename en afname van de waterdiepte geïdentificeerd in gesteenten die verband houden met de Marinoan deglaciatie.

Dr. Freya Morris van het California Institute of Technology en haar collega’s hebben glaciogene afzettingen en de daarboven liggende cap-carbonaten (voornamelijk dolomiet) geanalyseerd om de interactie van wereldwijde zeespiegel fluctuaties met lokale effecten van sedimentatie, tektonische opheffing of verzakking, en glaciaal isostatische aanpassing te interpreteren. Laatstgenoemde verwijst naar de opheffing van land en deformatie van de korst in reactie op het verlies van de massa van de ijskappen naarmate deze smelten.

“De deglaciatie van de Marinoan Snowball Earth vertegenwoordigt een van de meest dramatische episodes van klimaatverandering in de geschiedenis van de wereld,” zegt Dr. Morris. “Dit modelleringswerk verkent de verrassende manieren waarop de duur van het smelten van de ijskappen de resulterende zeespiegelveranderingen langs continentale marges kan beïnvloeden.”

Om mogelijke verklaringen te overwegen, heeft het onderzoeksteam relatieve zeespiegelveranderingen gemodelleerd na de continue Marinoan deglaciatie van verschillende duur, waarbij een duidelijk patroon werd gevonden naarmate het smelten over langere tijdschalen vorderde. Kortere deglaciatie-evenementen die 2.000 jaar duurden, leidden uitsluitend tot een stijging van de zeespiegel, of tot een fase van stijging en daling van de zeespiegel. Wanneer het smelten echter plaatsvond over tijdschalen van een orde van grootte hoger (~10–30.000 jaar), vonden twee verschillende fasen van stijging en daling van de zeespiegel plaats.

Ten opzichte van het begin van de Snowball Earth deglaciatie, toen het model een wereldgemiddelde (eustatische) zeespiegel van 800 m gebruikte, daalden de wereldwijde zeespiegels met 880 m over continentale interieurs waar voorheen ijskappen aanwezig waren, maar stegen met 800 m in de oceanen op de grootste afstand van de randen van de ijskappen.

Tussen deze gebieden ervoer de continentale marge het complexere scenario van meerdere cycli van stijging en daling van de zeespiegel, wat mogelijk vergelijkbaar is met de geologische waarnemingen die zijn gedaan in de successie van de Naukluft Mountains, waar waterdiepten worden geïnterpreteerd als fluctuaties op de schaal van tientallen meters.

Dr. Morris erkent dat deze schaal “zo nauwkeurig is als we met vertrouwen kunnen zijn, gezien de beperkingen bij het interpreteren van veranderingen in waterdiepte in vervormde gesteenten die meer dan een half miljard jaar oud zijn.” Dit ongebruikelijke patroon kan worden verklaard door een balans tussen eustatische zeespiegelstijging en de veranderende invloed van glaciaal isostatische aanpassing, legt Dr. Morris uit.

“Een van de belangrijkste componenten van glaciaal isostatische aanpassing is deformatie van de korst. De massa van grote ijskappen kan de onderliggende korst aanzienlijk indrukken, terwijl de korst rondom de ijskap omhoog wordt gedrukt in een ‘perifere uitstulping.’ Wanneer de ijskap smelt, ‘herstelt’ de ooit onder de ijskap onderdrukte korst zich omhoog, terwijl de perifere uitstulping zakt.

“Naast deze korfdeformatie trekt de massa van de ijskappen de oceanen door de zwaartekracht naar de ijskappen toe. Wanneer de ijskappen smelten, verdwijnt deze zwaartekracht aantrekkingskracht, wat resulteert in een lokale terugtrekking van de oceanen. De voorspelde patronen van relatieve zeespiegelresultaten zijn het gevolg van de concurrerende invloeden van de wereldgemiddelde zeespiegelstijging, korfdeformatie en zwaartekracht aantrekkingskracht tijdens de deglaciatie.

“De langere deglaciaties (~10–30.000 jaar) produceren complexere patronen van relatieve zeespiegel dan korte deglaciaties (~2.000 jaar), omdat de snelheid van de wereldgemiddelde zeespiegelstijging tijdens de deglaciatie van een gelijke omvang is als de impact op de zeespiegel door glaciaal isostatische aanpassing. Als gevolg hiervan kunnen verschuivingen in de balans tussen deze krachten meetbare fluctuaties in de zeespiegel langs de continentale marges veroorzaken.”

Meerdere levensvatbare afzetmodellen zijn eerder voorgesteld om de geologische interpretaties van de cap-carbonatensuccessie in de Naukluft Mountains van Namibië te verklaren, maar dit werk overweegt een aanvullende verklaring. Als de deglaciatie van Snowball Earth over een langere duur van ~10–30.000 jaar plaatsvond, is het mogelijk dat de zeespiegel fluctuaties die zijn vastgelegd in de Naukluft Mountains (en mogelijk andere cap-carbonatensuccessies over de hele wereld) voornamelijk werden gedreven door de concurrerende balans van wereldgemiddelde zeespiegelstijging en glaciaal isostatische aanpassing.

De intrigerende mogelijkheden die door dit werk worden verkend, benadrukken het belang van toekomstig onderzoek naar de Marinoan Snowball Earth deglaciatie, zowel met betrekking tot verdere geologische waarnemingen als klimaatmodellering.