二大氷河期: 凍った地球の海で生き残る

地球の歴史における氷河期

地球はその歴史の中で 2 つの大きな氷河期を経験しました。24億年から21億年前そして7億2000万年前から6億3500万年前のクライオジェニアン氷河期。 これらの出来事により地球は「雪だるま」に変わり、平均気温は \(-50^\circ\mathrm{C}\) まで下がりました。

ヒューロニア氷河期: 氷で凍った地球

ヒューロニ氷河期は、地球上で最初の大規模な世界氷河期と考えられています。これは始生代後期 (2.8 ～ 2.5 Ga) と原生代初期 (2.5 ～ 2.0 Ga) に発生し、地球の気候の根本的な変化を示しました。

地質学的手がかりは主にカナダのヒューロン湖地域で見つかった氷河堆積物から得られるため、この主要な気候エピソードの名前が付けられました。私たちは、極端な気候の証人である耕うん岩、氷河の縞模様、酸化物が豊富な層を観察します。

ヒューロニア氷河の原因

いくつかの収束要素が呼び出されます。

• そこには素晴らしい酸素供給、約 24 億年前、大気中のメタンが減少しました (CH₄）、強力な温室効果ガス。
• 酸素（O）の増加₂) メタンを酸化してCO₂、地球規模の温室効果を削減します。
• 太陽活動の低下（当時の太陽の明るさは現在の明るさの約85％でした）により、気候の不安定性が増幅されました。

その結果、海洋がほぼ完全に氷で覆われ、氷河が赤道地域まで広がった「スノーボールアース」が誕生した。

原始的な生物圏への影響

極限の状況にもかかわらず、生命は消えていません。光合成微生物はすでに存在しており、氷の下、おそらく熱水噴出孔の近くの海洋避難所で生き残っていました。

この氷河作用はまた、大規模な生物学的選択と、気候変動によりよく適応した生物圏の出現にも寄与したであろう。したがって、それは生命の進化における重要な段階を示しています。

地質および大気遺産

約 3 億年後、ヒューロニアン氷河期は終わり、大きく変化した惑星が残されました。酸素は大気中に安定して蓄積され、好気呼吸とより複雑な生物の進化への道が開かれました。

地球はちょうど最初の地球規模の気候変動を経験したところですが、この現象はその歴史を通じて何度か繰り返されることになります。

氷河作用のメカニズム: 強制、フィードバック、および気候閾値

放射バランス

地球の気候は、太陽定数、惑星のアルベド、および表面温度に応じて地球規模の放射バランスに従います。 温室効果ガスは赤外線の一部を捕捉することでこのバランスを変化させます。 それらの濃度に変動があると、放射強制力 (ΔF) で表される気候感度が生じます。

ミランコビッチの軌道周期

第四紀の氷河作用は、地球の軌道の変動と強く相関しています。

• 偏心(~100,000 年): 軌道の楕円形と平均年間日射量を変更します。
• 傾き(約 41,000 年): 地軸の傾きを変化させ、極の季節性を制御します。
• 歳差運動(~21,000 年): 近日点と遠日点に関連した季節の位置を決定します。

これらのサイクルが組み合わさって、日射量の変動が生じ、氷河期の誘発または増幅が引き起こされます。

気候に関するフィードバック

氷河作用は軌道によって強制されるだけではなく、増幅されたフィードバックに基づいています。

• アイスアルベド: 表面が雪で覆われているほど、反射率が増加し、冷却が強化されます。
• 海洋CO₂: 冷却により海洋中の CO₂ の溶解度が増加し、大気中の濃度が低下します。
• 粉塵とエアロゾル: 雪の上に堆積するとアルベドが減少し、退氷が促進されます。

海洋と大気の循環

地球規模の海洋の力学が重要な役割を果たします。 AMOC（大西洋子午線循環）の減速により、高緯度への熱輸送が妨げられ、凍結が加速する可能性があります。

同様に、雲量や水蒸気の分布の変化により、エネルギーバランスが変化します。

炭素化学と地質学的規制

長期的には、炭素循環が気候の安定性を制御します。

• ザCO₂トラップケイ酸塩の変化により温室効果が減少します。
• ザ火山活動CO₂ を大気中に再注入し、気候を安定させます。

これらのプロセス間のバランスが氷河期の終わりを決定します。

クリティカルしきい値

寒冷化が閾値を超えると（緯度 30 度を超える氷河の広がり）、地球は次のような状態に陥る可能性があります。スノーボール、肯定的なフィードバックが優勢です。

その後、氷河の安定を破壊するには、火山活動によって生じる大気中の CO2 (最大数体積%) の強力な再蓄積が必要となります。

氷河は、太陽放射の減少、地球の軌道の変化（ミランコビッチパラメータ）、CO などの温室効果ガスの減少など、いくつかの気候要因が組み合わさったときに発生します。₂。 アルベドと温度の関係は、 \( \alpha = \frac{R_{reflected}}{R_{incident}} \) で表される正のフィードバックに従います。ここで、 \(( \alpha \)) は氷の伸長に伴って増加します。

極低温氷河期: 雪だるまの中の地球

そこには極低温氷河期、の間に発生しました。7億2000万年と6億3500万年、地球の歴史の中で最も極端な気候のエピソードの1つを表しています。 この期間中、私たちの地球は危機に近い状況を経験しました。「スノーボールアース」、低緯度までの海はほぼ完全に氷で覆われていました。

地質学的背景

この氷河は、新原生代(542 ± 1 Ma で 10 億年)、活発な地殻変動と断片化が特徴です。超大陸ロディニア。 大陸岩石の風化の加速により大気中の二酸化炭素が減少し、温室効果が減少し、地球は長期にわたる氷河状態に陥った。

スノーボールアース仮説

のモデルスノーボールアース氷が赤道地域に到達したことを示唆しています。 高いアルベド (\(\alpha \約 0.6\)) は地球の寒冷化を強化し、地球を氷河のフィードバックに閉じ込めたでしょう。 大陸では平均気温が \(-40 °C\) まで低下し、海洋は厚さ数百メートルでほぼ完全に凍ったと考えられます。

生物学的影響

このような極限状態にもかかわらず、生命は絶滅しませんでした。微生物の避難場所は、火山帯や部分的に氷のない大陸外の海、さらには光が通る半透明の流氷の下にも存続していたであろう。 これらの生態学的ニッチは、その後の生物多様性の爆発、特にカンブリア紀の爆発。

温帯気候に戻る

この氷河期からの脱却は、火山起源の CO₂ が大量に蓄積され、その濃度が \(10^{4}\) ppm、現在のレベル (~420 ppm) の約 25 倍です。 この過剰な温室効果ガスは深刻な地球温暖化を引き起こし、地球規模の氷の融解と氷の形成を引き起こしています。 と呼ばれる特徴的な炭酸塩堆積物ケープカーボネート。

注： :
ザケープカーボネート氷が溶けた直後に堆積した炭酸塩岩の層です 極低温。これらは、CO₂ が豊富な海洋での炭酸塩の大量の沈殿によって生じます。 (最大 \(10^{4}\) ppm)、極端な氷河気候から激しい温室効果への突然の移行を示します。

2つの大氷河期の概要

二つの大氷河、ヒューロニアン(約 2.4 ～ 2.1 Ga)極低温(約 720 ～ 635 Ma)、容量を示す 地球化学的および大気のフィードバックの影響により、地球は極端な気候状態に移行します。 大気中の酸素の増加とCO₂の減少によって引き起こされたヒューロニアンは、地球を寒冷化に陥らせた 数億年以上続く一方、クライオジェニアンは「スノーボール・アース」エピソードを引き起こした より激しいが短期間で、火山性 CO₂ 濃度は \(10^{4}\) ppm、つまり現在のレベルの約 25 倍を超えています。

これらの氷河期は生物学的な行き詰まりどころか、生物に大きな選択圧を及ぼした。 新しい形態の生命の徐々に出現を促進し、複雑な生物多様性の進化のための土壌を準備します。