Dokładne oszacowanie temperatur, jakie panowały na Ziemi w poszczególnych jej okresach, nie jest łatwe. W grę wchodzą tylko dowody pośrednie i poszlaki, za pomocą których paleoklimatologowie odczytują możliwe okresy pod kątem temperatury. I dzięki którym dowiadują się o epokach lodowcowych.
Wbrew pozorom bowiem zlodowaceń mieliśmy wiele, a ostatnie wcale nie było najpotężniejsze. Mówimy o zlodowaceniu plejstoceńskim, które z przerwami zwanymi interglacjałami trwało od około1 mln lat temu do 11-12 tys. lat temu.
To w tym okresie Ziemię przemierzały mamuty, niedźwiedzie jaskiniowe, nosorożce włochate i inne zwierzęta, które były przystosowane do życia w surowym klimacie. Surowym, ale zdatnym do życia. Tymczasem w dziejach Ziemi mamy okresy, gdy życie niemal zupełnie zamierało z powodu potężnych zlodowaceń planety.
Poszlaki, którymi posługują się badacze paleoklimatu w sporej mierze opierają się na… lodzie. Tym współczesnym, który często ma wiele lat. Rdzenie lodowe są jednym z najbogatszych źródeł danych o klimacie z ostatnich kilkuset tysięcy lat, ze względu na to, że można przy ich pomocy szacować zarówno temperaturę, jak i opady oraz aktywność wulkaniczną.
To one skrywają nawet uwięzione bąbelki powietrza z dawnych epok, pozwalają oszacować skład atmosfery i udział gazów cieplarnianych. One także zachowują w dobrym stanie wyziewy wulkaniczne jak pyły i aerozole. Za pomocą tych rdzeni da się oszacować aktywność wulkaniczną danej epoki. W lodzie zawierają się pyłki roślin. Z kolei sama grubość lodu wskazuje na spadek bądź wzrost temperatury i liczbę opadów.
Sam lód nie jest w stanie jednak dać nam odpowiedzi na pytanie, jak niska była temperatura miliony lat temu. Do tego najlepiej nadają się badania izotopowe, zwłaszcza trwałych izotopów tlenu i węgla. Im większe były niegdyś pokrywy lodowe, tym wyższe znajdziemy stężenie ciężkich izotopów w wodzie i szczątkach oceanicznych. A zawartość izotopów w szczątkach roślin i zwierząt zależy również od temperatury danej epoki.
Paleoklimatologowie korzystają także z stosunku lipidów w bonach komórkowych pierwotnych bakterii, z budowy skamieniałych roślin np. słojów drzew, wyglądu i funkcjonalności liści, wreszcie anatomii zwierząt. Wskazówką jest też wysokość poziomu morza.
Rozpoczęty pół wieku temu projekt CLIMAP (Climate: Long range Investigation, Mapping, and Prediction) odtworzył temperaturę powierzchni oceanów w czasie maksimum ostatniego zlodowacenia. Korzystał z obliczeń występowania różnych gatunków planktonu, zachowanego w oceanicznych osadach w połączeniu z warunkami środowiskowymi, jakich wymagał.
To nadal nie są dowody bezpośrednie, ale pozwalają oszacować średnią temperaturę na Ziemi. Dzięki temu wiemy, że ostatnia epoka lodowcowa w plejstocenie bynajmniej nie byłą najzimniejszym okresem w dziejach planety. W tej epoce średnia temperatura na świecie wahała się około 6 stopni Celsjusza poniżej poziomu początku następującego po niej holocenu, co pokazuje jak gigantyczne znaczenie ma wzrost czy spadek średniej temperatury chociażby o kilka stopni.
A z takim zjawiskiem mamy do czynienia teraz, podczas globalnego ocieplenia.
Naukowcy odnotowali pięć znaczących epok lodowcowych w historii Ziemi: hurońską (2,4-2,1 miliarda lat temu), kriogeniczną (850-540 milionów lat temu), andyjsko-saharyjską (460-430 milionów lat temu), Karoo (360-260 milionów lat temu) ) i plejstoceńską, poszatkowaną przez interglacjały. W ciągu ostatniego miliona lat miało miejsce około tuzina dużych zlodowaceń, z których największe osiągnęło szczyt 650 tys. lat temu i trwało 50 tys. lat. Ostatni okres zlodowacenia, często nazywany po prostu „epoką lodowcową”, osiągnął szczyt około 18 tys. lat temu i ustąpił miejsca interglacjalnej epoce holocenu 11 700 lat temu.
Epoka hurońska wiązała się z tzw. katastrofą tlenową na Ziemi, gdy pierwsze organizmy przeprowadzające fotosyntezę produkowały też metan. Dopiero uwięzienie większych ilości węgla w organizmach żywych i ich szczątkach spowodowało znaczący wzrost ilości tlenu w atmosferze, co wywołało powstanie warstwy ozonowej ograniczającej proces reakcji tlenu z metanem. Dwutlenek węgla wyparł metan i stał się wiodącym gazem cieplarnianym. Wtedy zawartość tlenu w powietrzu podskoczyła, ale wcześniej Ziemia zamarzła. Skały ze śladami zlodowaceń z tego okresu znajduje się na wszystkich ówczesnych szerokościach geograficznych.
To właśnie ten okres został określony mianem the Snowball Earth. Twórcą tego pojęcia „Ziemi jako kuli śnieżnej” był John Kirschvink. Opisywało ono planetę zamarznięta w całości i przypominającą śnieżkę, bez skrawka pozbawionego zlodowacenia. A zatem zjawisko przy którym epoka lodowcowa z czasów mamutów to betka.
Naukowcy uważają, że Ziemia zamieniła się w kulę śniegową nie tylko ponad 2 miliardy lat temu, ale kilkukrotnie.
Taki okres, być może najzimniejszy w dziejach planety, miał miejsce między 800 a 540 milionami lat. Jasne jest, że wtedy cała Ziemia pokryła się lodową i śnieżną czapą. Pozostaje pytanie, jak dużą. Badacze są zdania, że warstwa lodu skuwającego wtedy Ziemię mogła sięgać kilometra, także na równiku i jedynie oceaniczne głębie pozostały niezamarznięte. Dopiero ustąpienie tych lodów rozpoczęło erę paleozoiczną, okres kambru i rozkwit życia na Ziemi.
Geolodzy zidentyfikowali dwa ogromne zlodowacenia w okresie neoproterozoiku: sturcjańskie (około 720 do 660 milionów lat temu) i marinojskie (około 640 do 635 milionów lat temu). Warstwy skalne z tego okresu wykazują dowody najbardziej ekstremalnych zlodowaceń, jakie znaleziono dotychczas w zapisie geologicznym.
W tym okresie minimum dwukrotnie planeta zamarzała głęboko, a większość promieniowania cieplnego Słońca zostawała odbita z powrotem w przestrzeń kosmiczną przez lodową powierzchnię. Średnia, podkreślmy, średnia temperatura spadła wtedy do -50 stopni Celsjusza.
To głębokie zamarznięcie Ziemi określane jest czasem jako epoka neoproterozoiku. Czy cokolwiek wtedy żyło na Ziemi? Otóż tak, chociażby fauna ediakarańska z najstarszymi znanymi organizmami wielokomórkowymi. To także z tej epoki lodowcowej kriogenu pochodzą najstarsze znane ślady gąbek. Życie radziło sobie w każdej sytuacji.
