Lumipallomaa

Lumipallomaa () tai 'valkoinen Maa' (engl. White Earth) on teoria, jonka mukaan Maa jäätyy kokonaan, jos Maa kylmenee tarpeeksi ja jäätikötelleelle etenevät noin 30° leveysaste, jonka takana jäätikön kasvu alkaa kiihdyttää itseään ja Maa peittyy kokonaan kilometrien paksuiseen jäävaippaan. Kun Maan tai muun sopivan planeetan lämpötila laskee, jäätiköt laajevat. Suuret jäätiköt heijastavat Auringon lämpöä pois enemmän kuin pienet, ja tämä alentaa koko Maan lämpötilaa. Tätä kehitystä jatkuu, kunnes koko Maa on jäässä. Merien syvyydet pysyvät lämpiminä, koska Maan sisästä tulee maalämpöä. Maan jäätyminen pysäyttää levien kasvien hiilidioksidia hapeksi muuttavan yhteyttämisen sekä tulivuorista purkautuvan hiilidioksidin sitoutumisen sään vaikutuksesta karbonaattikiviin, ja ilmakehän hiilidioksidipitoisuus kasvaa ajan mukana. Tällöin kasvihuoneilmiö voimistuu ja jäät sulavat pois. Maa pysyy tämän jälkeen hetken melko kuumana, siihen asti kun hiilidioksidi sitoutuu Maan kiviin hiileksi. Maan on väitetty olleen jäässä prekambrikaudella Huronin jääkaudella ja kryogeenikaudella, jonka jälkeen kerrostui karbonaattikiviä jääkautta seuranneessa kasvihuonekaudessa.

Lumipallomaa

Venäläinen ilmastojen tutkija Mikhail Budyko loi 1960-luvulla matemaattisen teorian, jossa Maa jäätyy kokonaan, kun jäätiköt kasvavat kriittisen rajan yli. Tämän pohjalta on kehitelty teorioita, että Maa jäätyisi, jos se olisi vaikkapa prosentin-kaksi kauempana Auringosta kuin mitä se on nyt.

Tämä olettamus on toinen ratkaisu ns. nollaulotteiseen ilmastomalliin. Tässä mallissa Maan ilmastoon vaikuttavia tekijöitä on laskemisen helpottamiseksi yksinkertaistettu äärimmilleen jättämällä pois monia olennaisiakin tekijöitä. Ilmastomallissa haetaan tasapainotiloja Maan ilmakehän ulkorajalle tulevan Auringon säteilyn määrälle ja Maapallon ulospäin säteilemälle lämmölle.

Yksinkertaisimmassa ilmastomallissa on sellainen tasapaino Maahan tulevasta ja siitä poistuvasta säteilystä, joka tuottaa suunnilleen nykyisen lämpötilan.

Maahan tuleva säteily ei kokonaan lämmitä maata, koska osan heijastavat varsinkin valkeat kohteet, pilvet, jäätiköt jne. pois. Myös tummista kohteista heijastuu pois jonkin verran Auringon säteilyä. Pois heijastuvan säteilyn osuus kuvataan luvulla, jota sanotaan albedoksi. Esimerkiksi jään albedo on noin 40–90 prosenttia, eli se heijastaa melko paljon saamastaan säteilystä pois.

Lumipallomaa on eräs ilmastomallin tasapainotila, jossa koko Maa peittyy suurialbedoisella jäällä ja lumella ja maan pintalämpötila on sen takia alhainen. On kehitetty teorioita, joiden mukaan Maan viilennyttyä hetkeksi jostain syystä kyllin, siinä voisi tapahtua katastrofimainen siirtyminen lumipallotilaan. Tässä tapauksessa Maapallolla maan albedon ja pintalämpötilan välillä olisi riippuvuus, joka mahdollistaisi Maan jäätymisen lumipalloksi itseään ruokkivassa noidankehässä eikä jäätiköiden kasvua estävää tasapainottavaa tekijää olisi.

Lumipallomaajakso alkaa, kun jääpeite alkaa kasvaa lämpötilan alennuttua tai kosteuden lisäännyttyä kylmillä, kuivilla alueilla. Jäätikkö kasvaa lähinnä mantereella, ei merellä, jossa päiväntasaajalta tulevat virtaukset tasapainottavat tilaa. Kasvava jäätikkö heijastaa yhä enemmän Auringon lämmittävää säteilyä pois maapallolta, mikä alentaa lämpötilaa ja lisää jäätikköjen kokoa kunnes koko Maa ja meret ovat jäätyneet. Teorian mukaan jäätiköiden itseään ruokkiva kasvu alkaa, kun jää etenee subtrooppisille leveyksille, noin 25–30° leveykslle. Kun koko Maapallo olisi peittynyt jäähän, kylmenisi ilmasto edelleen, kunnes saavuttaisi kylmän 'lumipallo'-tasapainon.

Tässä tilassa ilmakehän lämpötila olisi kymmeniä asteita pakkasen puolella, ja meretkin jäätyisivät aina satojen metrien syvyyteen saakka. Hurjimpien arvioiden mukaan merten pintakerros jäätyisi peräti kilometrin verran. Maalämpö pitäisi osaa meristä silti lämpiminä. Minkäänlainen Auringon säteilystä energiansa saava elämä ei olisi mahdollista. Sen sijaan merten syvyyksissä, jossa pinnan kylmyys ei vaikuta, voisi elää pieneliöitä kuumien lähteiden vaikutuspiirissä.

Koko Maan jäätyminen heikentäisi myös lämmittävää kasvihuoneilmiötä, sillä lumipallomaa pysäyttäisi hiilidioksidimäärää pienentävän karbonaatti-silikaattikierronnn, jossa nestemäisen veden avulla hiilidioksidi hiili sitoutuu kiviin ja vajoaa mannerliikuntojen mukana Maan alle. Normaalisti hiilidioksidi kiertää sateen mukana takaisin merenpohjiin karbonaattikerroksiksi. Kylmyyden vuoksi lumipallomaassa ei ole sateita, joten hiilidioksidi kerääntyy ilmakehään. Tulivuoritoiminta ei pysähdy lumipallomaan aikana, joten ilmakehään kertyy hiilidioksidia, joka on kasvihuonekaasu ja jolla on aikaa myöten lämmittävä vaikutus.

Hiilidioksidin kertyminen ilmakehään aloittaa lopulta voimakkaan kasvihuoneilmiön, joka sulattaa jääpeitteen noin tuhannessa vuodessa, mikä on geologisesti melko lyhyt aika.

Yksittäinen lumipallomaa-ajanjakso kestää vähintään 10 miljoonaa vuotta.

Mahdollisia lumipallomaa-jaksoja

Muutamat todisteet näyttäisivät tukevan ajatusta Maan jäätymisestä kokonaan: hiili-13-isotoopin yleisyys viittaa kasvielämän puuttumiseen, mikä saattaa johtua Maan jäätymisestä.

Lumipallomaan saattoi käynnistää ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden alaneminen joko lisääntyneen hapen ja/tai kiveen sitoutumisen takia. Nämä reaktiot ovat yleensä muotoa Kivimineraali+ CO₂ + H₂O → kationeja + bikarbonaatti + SiO₂. hapen ilmaantuminen saattoi syödä kasvihuonekaasu metaania, jota on väitetty oleen alkuilmakehässä runaasti.

Maa on saattanut jäätyä kokonaan noin 2–1,8 miljardia vuotta sitten, jolloin ilmakehän happipitoisuus nousi ja hapettumisen takia syntyi kerroksellisia rautamalmeja. Tämä alensi Maan pinnan lämpötilaa, koska kasvihuonekaasujen hiilidioksidi väheni.

Maa on saattanut jäätyä myös kryogeenikaudella 850–625 miljoonaa vuotta sitten. Lumipallojaksoja olisivat olleet Varangin/Sturtin jääkausi 730–680 miljoonaa vuotta, ja Marinoan jääkausi 660-630 miljoonaa vuotta sitten.

Kryogeenin/Ediacaran Sturtin ja Marinoan jäätiköitymisen ajan eteläiseltä Rodinia-supermantereelta on löydetty laajalta alueelta todisteita jäätiköistä.

Tätä ei kuitenkaan ole pystytty todistamaan aukottomasti, toisten tietojen mukaan Rodinia olisi ollut päiväntasaajalla.

Lumipallomaan aikana lisääntyi kerrostumissa nopeasti epäorgaanisen tulivuorista tulleen hiili-13:n määrä.

Maan sisäinen lämpö esti meriä jäätymästä pohjaa myöten, mutta Maan pinnalla lämpötila putosi –50 °C ja Maan peitti yli kilometrin jääkerros

Tulivuoritoiminnasta vapautuneen hiilidioksidin on arveltu lopettaneen lumipallomaajaksot