حدود 717 میلیون سال پیش، زمین کاملا منجمد شد. رویدادی که از آن می‌خواهیم صحبت کنیم به نام یخبندان استورشن شناخته شده است. این دوره‌ی یخی به هیچ عنوان همانند یک عصر یخبندان عادی نبود؛ اما شدت آن به حدی بود که باعث شد کره‌ی زمین برای حداقل پنج میلیون سال تبدیل به یک گلوله برفی بزرگ شود. پرسش این است که آن اتفاق به چه شکل افتاده است؟ پاسخ این پرسش برای سال‌ها به‌صورت یک راز برای دانشمندان باقی مانده بود. اکنون به نظر می‌رسد که تغییری رخ داده باشد. در یک مطالعه‌ی جدید، دانشمندان دانشگاه هاروارد نشان داده‌اند که ممکن است پاسخی که ما به دنبال آن هستیم، در فوران‌های آتشفشانی نهفته باشد که منجر به کاهش دمای زمین شده‌اند.
در بطن این راز عظیم، ناحیه‌ی آتشفشانی فرانکلین (LIP) که در سرزمین آلاسکای امروز گسترده است و همچنین سرزمین گرینلند و شمال کانادا قرار دارند. ناحیه‌ی LIP یک محدوده‌ی گسترده از صخره‌های آتشفشانی (ماگمایی) است که دارای کانون‌های داغ و آتشفشانی هستند؛ این کانون‌ها در واقع به ناحیه‌هایی از گوشته‌ی زمین اطلاق می‌شوند که در آن صخره‌ها و سنگ‌ها برای شکل دادن ماگما، ذوب می‌شوند. پیدایش این پدیده‌ها به‌منزله‌ی حوادث عظیمی بودند که در ادامه منجر به انواع مختلفی از ویرانی‌ها و آثار مخرب از جمله انقراض‌های دسته‌جمعی و تغییرات آب و هوایی ویرانگری که هم‌زمان با انتشار ابرهای عظیم از غبار آتشفشانی به اتمسفر برای دوره‌های کوتاه زمین‌شناسی (البته این دوره‌های کوتاه تا چند میلیون سال به طول می‌انجامند) می‌شد.
در مورد ناحیه‌ی آتشفشانی فرانکلین، تشکیل آن هم‌زمان با شروع عصر یخبندان استورشن بوده است؛ اما آنچه این فوران‌های آتشفشانی را متفاوت از سایر فوران‌ها ساخته، دقیقا چه چیزی است؟ به گفته‌ی رابین وُردزوُرث، استادیار علوم زیست‌محیطی و مهندسی، چنین رویدادهایی به هیچ وجه منحصربه‌فرد نیستند و اگر در هر باری که این سیاره منجمد می‌شد، یک فوران آتشفشانی از این دست نیز روی می‌داد، در آن صورت همه‌ی ما دچار مشکل می‌شدیم. او با تأمل می‌گوید که:
این نوع از فوران‌ها دوباره و دوباره در طول زمان‌های مختلف زمین‌شناسی رخ داده‌اند؛ اما آن‌ها همیشه با رویدادهای سردشوندگی همراه نبوده‌اند. بنابراین پرسشی که پیش می‌آید این است که چه عاملی وجود دارد که این رویداد را متفاوت از بقیه می‌سازد؟
اگر بخواهیم منظورمان را با پرسشی دقیق‌تر و نزدیک‌تر به مقصودمان مطرح کنیم، می‌توانیم بپرسیم که ارتباط دو رویداد در چه عاملی نهفته است؟ فرانسیس مک‌دونالد، استادیار زمین‌شناسی در دانشگاه هاروارد در این باره چنین شرح میدهد:
ما می‌دانیم که فعالیت‌های آتشفشانی می‌توانند اثر عمده‌ای بر محیط زیست داشته باشند؛ بنابراین سؤال بزرگ همه‌ی دانشمندان این بود که این دو رویداد به چه شکل به هم مربوط می‌شوند؟
آن‌طور که برمی‌آید، پاسخ پرسش فوق در یک عامل خاص خلاصه نمی‌شود، بلکه از چندین عامل و اثر مشترک آن‌ها تأثیر می‌پذیرد. مک‌دونالد حدسی زده بود مبنی بر اینکه ذرات معلق در هوای منتشرشده از آتشفشان ممکن است به نحوی با روند خنک شدن سریع زمین در ارتباط باشند. همان‌طور که در ادامه مشخص شده، این امر تحت شرایط مناسب امکان‌پذیر است.
هنگامی که ماگمای منتهی به تشکیل ناحیه‌ی آتشفشانی فرانکلین به سطح زمین فوران کرد، در ادامه ذرات رسوبات غنی از گوگرد به‌صورت دی‌اکسید گوگرد به اتمسفر زمین وارد شد. دی‌اکسید گوگرد گازی است که تابش خورشیدی را جذب می‌کند و این کار را به‌خصوص زمانی که از تروپوپوز (زیرین‌مرز) عبور می‌کند به‌خوبی انجام میدهد. تروپوپوز به مرز بین تروپوسفر و استراتوسفر اطلاق می‌شود. در این ارتفاع، شانس بیشتری برای باقی ماندن دی‌اکسید گوگرد در جو برای مدت‌زمان طولانی‌تر وجود دارد و مدت حضور آن از حدود یک هفته به حدود یک سال افزایش پیدا می‌کند؛ بدون اینکه طی بارندگی به زمین آورده شود یا اینکه با ذرات دیگر موجود در همان لایه مخلوط شود.
سؤالی که مطرح می‌شود این است که آیا این ماده می‌توانسته از تروپوپوز عبور کند؟ چیزی که باید توجه داشته باشیم این است که مرز یا سدی که در اینجا بین لایه‌ها از آن صحبت می‌کنیم، دارای جایگاه ثابتی نیست و این مرز توسط آب و هوای موجود در پس‌زمینه‌ی سیاره در هر دوره، دستخوش دگرگونی می‌شود. هر قدر سیاره دارای هوای خنک‌تری باشد، این لایه نیز پایین‌تر خواهد بود. از سویی می‌دانیم که کره‌ی زمین در آن هنگام در معرض موج گرما یا آب و هوای گرم کلی نبوده است. وردزورث در این زمینه چنین توضیح میدهد:
در دوره‌های تاریخ کره‌ی زمین و هنگامی که این سیاره بسیار گرم بوده، فرایند سرد شدن آتشفشانی چندان مهم نبوده است؛ چرا که زمین احتمالا توسط تروپوپوز گرم بالایی محافظت شده است. در شرایط سردتر، زمین به‌طور منحصربه‌فردی برای قرار گرفتن در معرض این نوع اختلالات آتشفشانی و ورود آن‌ها به آب و هوا آسیب‌پذیر می‌شود.
بر این اساس گفته می‌شود رهاسازی ذرات معلق در هوا در داخل اتمسفر تنها بخشی از معادله است و محلی که در آن گازها منتشر می‌شوند نیز به همان اندازه اهمیت دارد. از طرفی در روزهای اولیه پس از آن رویداد و قبل از اینکه ابرقاره‌ی رودینیا شکسته شود. ناحیه‌ی آتشفشانی فرانکلین به خط استوا نزدیک‌تر بوده است. با توجه به دریافت بخش عمده‌ای از تابش خورشیدی در این منطقه که باعث گرم نگه‌داشته شدن زمین می‌شود، نتیجه گرفته می‌شود که دی‌اکسید گوگرد در محل مناسبی برای ورود به جو و منجر شدن به کاهش قابل توجهی در دمای آن قرار داشته است.
با این حال، روند فوق هم احتمالا برای تبدیل این سیاره به یک سیاره‌ی منجمد کافی نبوده است. باید به این نکته توجه کنیم که روانه شدن میلیون‌ها تن دی‌اکسید گوگرد به اتمسفر در پی فوران کوه پیناتوبو در فیلیپین در سال 1991، باعث شد دمای جهان به مدت 15 ماه و تنها به میزان 0.6 درجه سانتی‌گراد افت کند.
آنچه باعث شد سیاره‌ی ما واقعا به یک گلوله‌ی برفی تبدیل شود، ماهیت انفجار آتشفشانی بود. باید توجه کنیم که آن رویدادها به شکل رویدادهای نادر همچون فوران کوه پیناتوبو نبودند؛ بلکه در عوض رویدادهای مداومی بودند که اگر نگوییم میلیون‌ها سال، دست کم تا ده‌ها هزار سال به طول می‌انجامیدند. علاوه بر این، ذرات معلق آتشفشانی در محدوده‌ای 3800 کیلومتری از کانادا تا گرینلند منتشر می‌شدند. به گفته‌ی محققان، تنها فوران‌هایی با مدت‌زمان ده سال یا بیشتر می‌توانستند دارای تأثیر کافی برای از تعادل خارج ساختن آب و هوای زمین باشند. مک‌دونالد در این باره معتقد است که:
سرد شدن ذرات معلق نباید کل سیاره را به حالت انجماد درمی‌آورد. این فرایند در واقع باید یخ را به عرض‌های جغرافیایی بحرانی آورده باشد و پس از آن یخ‌ها ادامه‌ی فرایند را بر عهده گرفته باشند.
در جغرافیای پیشرفته‌ی امروز، عرض جغرافیایی که از آن صحبت می‌شود همان سرزمین کالیفرنیا است. به گفته‌ی دانشمندان، هنگامی که یخ به این نقطه می‌رسد، هیچ توقفی برای آن وجود ندارد. وردزورث می‌گوید:
این آسان است که پندار ما از آب و هوا به‌صورت یک سیستم پایدار و ثابتی باشد که در عین حال تغییر آن نیز بسیار دشوار تلقی شود. البته این گفته از خیلی جهات درست است؛ اما تغییرات بسیار چشمگیری در گذشته رخ داده است و در نتیجه این امکان وجود دارد که شاهد ایجاد تغییراتی ناگهانی در آینده هم باشیم.
علاوه بر درک چگونگی تأثیر رویدادهای یخی این‌چنینی بر انقراض‌های گسترده روی زمین و همچنین بررسی چگونگی تأثیر پیشنهادهای مهندسی زمین‌شناسی بر آب و هوای کره‌ی زمین، پژوهشگران باور دارند که در کنار دو اقدام فوق، ما شاید بخواهیم درباره‌ی نحوه‌ی برداشت و تعریف خود از محدوده‌های قابل سکونت نیز بازنگری کنیم. در مورد راهکارهای مهندسی ارائه‌شده باید اشاره کنیم که برخی دانشمندان پیشنهاد داده‌اند برای پیش‌گیری از گرمایش زمین، می‌توانیم مقادیری از دی‌اکسید گوگرد را به اتمسفر زمین وارد کنیم. اجماع کنونی بر این است که آب به حالت مایع، پیش‌شرط زندگی است؛ اما اگر این رویداد سرد شدن و منجمد شدن زمین را به صورتی که در این گزارش آمد، به‌عنوان یک شاخص یا نشانه برای فرض فوق در نظر بگیریم، مشخص می‌شود که آب و هوای کره‌ی زمین در آن زمان بسیار دورتر از حالت پایدار برای حیات بوده است. وردزورث در نهایت چنین توضیح میدهد:
تحقیقات نشان می‌دهند که ما باید از الگوی ساده سیارات فراخورشیدی فراتر برویم و تفکر خود را فقط روی شرایط تعادل پایدار و مناطق زیست‌پذیر محدود نکنیم. ما می‌دانیم که زمین یک محل پویا و فعال است؛ مکانی که تا به حال تغییر حالت‌های شدیدی به خود دیده است. دلایل کافی برای پذیرفتن این واقعیت وجود دارد که فرایند دگرگونی سریع آب و هوا بیشتر از اینکه به‌عنوان رویدادهای استثنایی تلقی شود، رویه‌ای معمول در سیاره‌ها بوده است.
دستاوردهای این مطالعه در مجله‌ی Geophysical Research Letters منتشر شده است.
