Terre boule de neige

Comme les continents se déplacent avec le temps, déterminer leur position à un moment donné n'est pas aisé, mais, outre l'analyse et la reconstitution de leurs positions relatives par des considérations géologiques et géomorphologiques, la latitude à laquelle une roche s'est formée peut être déterminée en étudiant son paléomagnétisme.

Lorsque des roches sédimentaires se forment, les minéraux magnétiques qu'elles contiennent tendent à s'aligner avec le champ magnétique terrestre. La mesure précise de ce paléomagnétisme permet d'estimer la latitude (mais pas la longitude) du lieu de cette formation. Les mesures ont montré que certains sédiments d'origine glaciaire dans les couches géologiques du Néoprotérozoïque s'étaient formés à moins de 10° de l'équateur[20], bien que la précision de cette reconstruction ait été remise en question[18].

Cette localisation de sédiments apparemment glaciaires (présentant par exemple des inclusions rocheuses[21]) a amené à penser que les glaciers étaient descendus au niveau de la mer jusqu'à des latitudes tropicales ; mais il n'est pas clair que cela implique une glaciation globale, ou que cela indique l'existence de régimes glaciaires localisés et liés aux masses continentales[22]. Il a même été suggéré que la plupart des données fossiles ne sont pas incompatibles avec l'absence de glaciers tropicaux[23].

D'autre part, les sceptiques ont fait remarquer que les données paléomagnétiques pourraient être sans signification si le champ magnétique terrestre a été significativement différent dans le passé. Ainsi, si le noyau terrestre ne s'était pas refroidi assez vite, le champ induit par les courants qui y circulent aurait pu ne pas avoir une distribution dipolaire, mais présenter quatre pôles ou davantage ; et même une distribution dipolaire pourrait ne pas avoir été alignée avec l'axe de rotation terrestre. De fait, les données paléomagnétiques impliquent un mouvement extraordinairement rapide des pôles durant l'Édiacarien, et ce mouvement aurait eu lieu vers la même époque que la glaciation de Gaskiers[24].

Une autre faiblesse des données paléomagnétiques est qu'il est difficile de déterminer si le signal enregistré n'a pas en fait été modifié par une activité ultérieure. Ainsi, au cours de l'orogenèse, de l'eau chaude est dégagée comme sous-produit de réactions métamorphiques ; cette eau peut circuler jusqu'à des roches éloignées de milliers de kilomètres, et remettre à zéro leur signature magnétique. Cela rend l'authenticité de ces signatures difficile à déterminer avec certitude sans de délicates observations minéralogiques pour des roches vieilles de plus de quelques millions d'années[17].

Il n'existe actuellement qu'une couche sédimentaire de ce type, celle d'Elatina en Australie, correspondant à la glaciation marinoenne, qui s'est indubitablement déposée à de basses latitudes ; on a de bonnes certitudes sur sa date de sédimentation, et on a démontré que son signal paléomagnétique n'a pas été perturbé[25].

Diamictite de la formation néoprotérozoïque de Pocatello, une forme souvent décrite comme typique d'une période boule de neige.

Les roches sédimentaires déposées par des glaciers possèdent des traits caractéristiques permettant leur identification. Longtemps avant l'apparition de l'hypothèse de la Terre boule de neige, de nombreux sédiments néoprotérozoïques avaient été interprétés comme ayant une origine glaciaire ; mais il faut rappeler que beaucoup des aspects traditionnellement associés à ce mécanisme peuvent en fait avoir été formés par d'autres moyens[26] ; l'origine glaciaire de nombreux dépôts cruciaux pour l'hypothèse Terre boule de neige a été contestée[18]. En 2007, il n'existait qu'une donnée « très fiable » (et elle était encore contestée[18]) identifiant des tillites tropicales[20], ce qui laissait penser que des affirmations concernant des glaces équatoriales étaient quelque peu prématurées ; cependant, plus récemment, en 2010, les preuves de glaciations tropicales durant le Sturtien se sont accumulées[27].

Parmi les preuves initialement retenues, mais désormais contestées, on trouve :

• des galets de délestage dans des sédiments marins, qui peuvent avoir été laissées par des glaciers, mais aussi par d'autres processus[28] ;
• des varves, sédiments annuels déposés dans les lacs proglaciaires et périglaciaires, mais qui peuvent également se former à des températures plus élevées[29] ;
• des stries glaciaires causées par les roches et graviers transportés par les glaciers : des stries analogues sont parfois causées par des coulées de boue ou par des mouvements tectoniques[30] ;
• des diamictites, conglomérats inhomogènes. Initialement décrits comme des tillites glaciaires, la plupart ont, en fait, été formés par des laves torrentielles[18].

Certains dépôts de la période boule de neige ne peuvent s'être formés qu'en présence d'un cycle hydrologique actif. Des bandes de sédiments glaciaires de centaines de mètres d'épaisseur, séparés par des sédiments non glaciaires de quelques mètres seulement, démontrent que les glaciers fondaient et se reformaient à plusieurs reprises ; des océans entièrement gelés n'auraient pas permis ce type de formation[31]. Il est possible que des courants glaciaires, tels que ceux qui existent actuellement dans l'Antarctique, soient responsables de ces successions de sédiments.

De plus, des aspects de ces dépôts qui ne peuvent apparaître que dans des eaux libres, par exemple des ondulations formées par des vagues (en), des débris emportés au loin par des radeaux de glace (en), et des indicateurs de photosynthèse se trouvent dans des sédiments datant de périodes boule de neige. Bien que cela puisse correspondre à des cas locaux d'eaux de fonte sur une Terre complètement gelée[32], la modélisation informatique tend à montrer que de grandes portions des océans doivent être restées libres de glace ; en effet un gel complet n'est guère plausible en termes de balance énergétique et de modèles de circulation générale[33].

On trouve, sous forme de carbonates et de dioxyde de carbone dissous, deux isotopes stables du carbone dans l'eau de mer : le carbone 12 (¹²C) et le carbone 13 (¹³C), beaucoup plus rare et contribuant pour environ 1,109 % du carbone total.

Les processus biochimiques, en particulier la photosynthèse, tendent à favoriser l'incorporation de l'isotope ¹²C, plus léger. Ainsi, les photosynthétiseurs océaniques, que ce soient les protistes ou les algues, tendent à être très légèrement appauvris en ¹³C, par rapport aux proportions initiales du carbone provenant des sources volcaniques. C'est pourquoi, dans le cas d'un océan où se produisait la photosynthèse, les composants d'origine organique des sédiments lithifiés resteront très légèrement, mais de façon mesurable, appauvris en ¹³C.

Pendant le Cryogénien, on a pu mesurer des variations rapides et extrêmes du rapport de ¹³C sur ¹²C[34]. Cela est compatible avec l'hypothèse d'un gel global qui aurait tué la plus grande partie de la vie capable de photosynthèse ; cependant, d'autres mécanismes, tels qu'une décomposition de clathrate, peuvent également avoir causé ces perturbations. C'est par exemple ainsi que des dégagements de méthane pourraient expliquer l'extinction du Permien. Une analyse plus précise de ces pics de ¹³C dans les sédiments du monde entier permet de distinguer quatre ou cinq de ces évènements glaciaires à la fin du Néoprotérozoïque[35].

Bloc de fer rubané daté de 2,1 milliards d'années, découvert en Amérique du Nord.

Les gisements de fer rubané (en anglais, banded iron formation, abrégé en BIF) sont des roches sédimentaires formées de bandes alternées d'oxyde ferrique et de chaille (pauvre en fer). Ces gisements sont en général très anciens et sont liés à l'oxydation de l'atmosphère durant l'ère Paléoprotérozoïque, lorsque le fer dissous dans les océans vint en contact avec l'oxygène produit par la photosynthèse. En présence d'oxygène, le fer, dissous sous forme d'oxyde ferreux, rouille, devient insoluble dans l'eau, et forme des précipités d'oxyde ferrique.

Les bandes se sont formées au point de basculepoint de bascule entre un océan anoxique et un océan enrichi en oxygène. Dans les conditions actuelles, où l'oxygène atmosphérique est en contact avec l'océan, il n'est pas possible que des quantités suffisantes d'oxyde de fer s'accumulent pour former de tels sédiments, et leur présence serait donc la signature d'une situation où l'océan a peu d'échanges gazeux avec l'atmosphère pendant une assez longue période de temps. Les seules formations importantes de fer rubané après le Paléoprotérozoïque, il y a 1,8 milliard d'années, sont associées aux sédiments glaciaires du Cryogénien ; pour les partisans de l'hypothèse de la Terre boule de neige, cette réapparition des BIF correspond à des océans protégés par la glace de mer[9], mais il a été suggéré que la rareté de ces sédiments pourrait indiquer qu'ils se sont formés dans des mers intérieures, stagnantes et anoxiques en profondeur[18] ; l'idée selon laquelle les BIF signent la fin d'une glaciation présente d'autres difficultés : on les trouve mélangés à des sédiments glaciaires[22], et on n'en rencontre pas durant la glaciation marinoène, à la fin du Cryogénien.

Un glacier actuel.

Les volcans peuvent avoir joué un rôle dans la reconstitution du CO₂ atmosphérique, mettant éventuellement fin à l'âge glaciaire marquant le Cryogénien.

Au sommet des sédiments glaciaires du Néoprotérozoïque, on rencontre fréquemment une transition abrupte vers des couches de carbonates (calcaire ou dolomie) de plusieurs mètres ou dizaines de mètres d'épaisseur[36]. La succession inhabituelle de ces couches suggère que leur sédimentation résulte d'une profonde altération de la composition chimique des océans[37].

Ces carbonates ont des compositions chimiques atypiques, et présentent d'étranges structures de sédimentation, souvent interprétées comme des marques de vagues[38]. Les mécanismes précis mis en jeu dans leur formation ne sont pas clairs, mais elle aurait pu être causées par un influx massif d'ions positivement chargés, ce qui pourrait se produire sous l'effet de l'érosion rapide associée à l'effet de serre extrême suivant une période boule de neige. Dans ces conditions, l'eau résultant de la fonte des glaces dissoudrait les grandes quantités de CO₂ atmosphérique pour former de l'acide carbonique, et donc des pluies acides. Cela éroderait les silicates et les carbonates exposés (en particulier les débris transportés par les glaciers), libérant de grandes quantités de calcium, qui viendraient se précipiter sous forme de carbonates abiotiques ; la signature isotopique δ¹³C de ces carbonates vaut −5 ‰ ; cette faible valeur témoigne d'habitude de l'absence de vie, la photosynthèse l'augmentant en général.

Cependant, affirmer que ces carbonates sont d'origine glaciaire pose certains problèmes. Tout d'abord, de fortes concentrations de dioxyde de carbone dans l'atmosphère amènerait une acidification de l'océan, et donc une dissolution des carbonates, interdisant leur déposition. De plus, l'épaisseur de certains de ces dépôts est bien supérieure à ce que des déglaciations relativement rapides pourraient raisonnablement produire. Enfin, alors qu'on ne trouve pas ces carbonates au-dessus de nombreuses séquences d'origine clairement glaciaire déposées vers la même époque, on les rencontre en revanche aussi parfois entre certains sédiments glaciaires[18]. C'est pourquoi il a été proposé un mécanisme alternatif, sans doute responsable des carbonates de la Formation de Doushantuo : le dégagement rapide et étendu de grandes quantités de méthane. Cela expliquerait des valeurs extrêmement basses, jusqu'à −48 ‰, de la signature isotopique δ¹³C, ainsi que des aspects sédimentaires inhabituels, qui semblent provenir de passage de gaz à travers les sédiments[39].

La mesure des proportions des isotopes du bore suggère que le pH des océans a baissé considérablement avant et après la glaciation marinoenne[40]. Cela pourrait résulter d'une accumulation de dioxyde de carbone dans l'atmosphère, qui se dissoudrait en partie dans les océans pour former de l'acide carbonique. Bien que ces variations semblent indiquer des changements climatiques majeurs, elles n'impliquent pas forcément une glaciation globale.

La surface de la Terre est pauvre en iridium, que l'on trouve principalement dans le noyau. La seule source significative de cet élément à la surface est l'accumulation de poussière cosmique atteignant le sol. Durant une période de Terre boule de neige, l'iridium s'accumulerait sur les glaces, donnant une couche de sédiments enrichis en iridium lorsque celles-ci fondraient. Une telle anomalie de l'iridium (en) a en effet été découverte à la base de certains des recouvrements de carbonates mentionnés ci-dessus, ce qui a amené à estimer que l'épisode glaciaire correspondant avait duré au moins 3 millions d'années[41], mais cela n'implique pas nécessairement que la glaciation ait été globale ; de plus, une telle anomalie pourrait s'expliquer par l'impact d'une grande météorite[42].

Utilisant le rapport des cations mobiles à ceux restant dans les sols durant la météorisation chimique (l’indice d'altération chimique), il a été montré que l'érosion variait de manière cyclique durant une succession de périodes glaciaires, augmentant dans les phases interglaciaires et diminuant durant les épisodes glaciaires froids et arides[43]. Si ce schéma reflète la véritable succession des événements, cela suggère que le climat de la Terre boule de neige ressemblait davantage aux cycles glaciaires du Pléistocène qu'à un monde complètement figé.

De plus, les sédiments glaciaires de la formation de Port Askaig (en) en Écosse montrent clairement des cycles entrelacés de sédiments glaciaires et marins de faible épaisseur[44]. La signification de ces dépôts repose largement sur leur datation, mais les sédiments glaciaires sont difficiles à dater ; les couches les plus proches datées exactement sont bien plus récentes. Leur datation possible à −600 Ma signifierait une corrélation avec la glaciation sturtienne, mais ils peuvent aussi représenter l'avance ou le recul d'une glaciation globale.

Si la présence massive de glaciers n’est pas remise en cause, l’idée d’une glaciation totale est plus controversée, et certains scientifiques ont adopté l’hypothèse d’une Terre boule de neige fondante (en anglais, slushball, c'est-à-dire boule de névasse), où une bande libre de glace, ou recouverte d’une mince couche de glace, subsisterait à l’équateur, assurant le maintien d’un cycle hydrologique.

L'observation de certains aspects des sédiments qui ne peuvent s'être formés que sous des eaux libres ou sous des glaces en mouvement rapide, rend cette hypothèse séduisante. Des recherches récentes ont mis en lumière une périodicité géochimique dans les roches détritiques, montrant que les périodes boule de neige étaient entrecoupées d'épisodes de réchauffement, analogues aux cycles de glaciations du Pléistocène. Au demeurant, des tentatives de simulation informatique d'une Terre boule de neige se sont heurtées à la difficulté de concilier une couverture globale par les glaces avec une modélisation conservant les principales constantes gouvernant les équilibres de notre planète.

Cette hypothèse – moins extrême – d'une boule de neige fondue met en jeu des configurations continentales et des circulations océaniques continuellement modifiées[45]. Ces modèles correspondent à la synthèse de l'ensemble des données actuelles[46], les témoignages stratigraphiques ne permettant pas de postuler des glaciations globales complètes[45]. D'ailleurs, le modèle initial de Kirschvink[9] reconnaissait que des poches tropicales moins froides devaient être possibles.

L'hypothèse de la Terre boule de neige n'expliquant pas l'alternance d'événements glaciaires et interglaciaires, ni les oscillations aux marges des couvertures de glace[47], le modèle de la boule de névasse semble mieux se conformer aux données recueillies.

La position exacte des continents durant le Néoprotérozoïque est difficile à établir, en raison de la rareté des sédiments[48] ; certaines reconstitutions indiqueraient des continents polaires, lesquels sont caractéristiques de toutes les autres glaciations majeures, ayant fourni un point de départ à la formation des glaces. Des modifications de la circulation océanique pourraient ensuite avoir servi de déclencheur d'une phase boule de neige[49].

Cependant, bien que cela puisse sembler contre-intuitif, une distribution tropicale des continents semble nécessaire pour permettre l'amorce d'une phase boule de neige[50].

Tout d'abord, les continents tropicaux réfléchissent plus l'énergie solaire que les océans ; actuellement, la plus grande partie de l'énergie solaire est absorbée par les océans des tropiques[51].

De plus, ces continents reçoivent davantage de pluie qu'à des latitudes plus élevées, ce qui entraîne une érosion accrue par les rivières. Les silicates exposés à l'air subissent des réactions amenant finalement à une diminution du dioxyde de carbone de l'atmosphère, ces réactions ayant la forme générale : minéral + CO₂ + H₂O → cations + bicarbonate + SiO₂. Par exemple, la météorisation de la wollastonite se fait suivant la réaction CaSiO₃ + 2 CO₂ + H₂O → Ca²⁺ + SiO₂ + 2 HCO₃⁻.

Les ions calcium ainsi libérés réagissent avec le bicarbonate dissout dans l'océan pour former du carbonate de calcium qui précipite ; le dioxyde de carbone est ainsi transféré de l'atmosphère vers la lithosphère, ce qui, à l'échelle des temps géologiques, n'est pas compensé par les émissions volcaniques. Cette diminution d'un gaz à effet de serre va accentuer le refroidissement, et permettre l'amorce d'une glaciation globale.

D'ordinaire, le refroidissement de la Terre dû à des variations climatiques diminue l'érosion, ce qui crée une rétroaction négative limitant l'ampleur du refroidissement. Cependant, durant le Cryogénien, les continents étaient tous à des latitudes tropicales, et l'érosion restait importante même dans un climat globalement plus froid. Cela permit à la glace de s'étendre au-delà des régions polaires. Lorsque les glaciers avancent vers les tropiques, plus précisément, à moins de 30° de l'équateur[52], une rétroaction positive se déclenche : la réflexivité intense de la glace (albédo) amène à un refroidissement accru et à la formation de plus de glace, jusqu'à ce que tout le globe en soit recouvert.

Les continents polaires, en raison de la faible évaporation, sont trop secs pour permettre une dissolution importante de gaz carbonique, ce qui limite la quantité de dioxyde de carbone atmosphérique pouvant échapper au cycle du carbone. La montée progressive de la proportion de l'isotope ¹³C dans les sédiments précédant une glaciation globale montre que cette diminution du CO₂ était un processus lent et continu[53].

Le début des phases boule de neige est toujours marqué par une chute brutale de la valeur δ¹³C des sédiments[54], un signe que l'on peut attribuer à un déclin soudain de la production biologique, résultant des basses températures et de la couverture par les glaces flottantes.

D'autres facteurs ayant pu contribuer au déclenchement d'une glaciation globale au Néoprotérozoïque sont l'introduction d'oxygène libre dans l'atmosphère, lequel pourrait avoir atteint des quantités suffisantes pour se combiner avec le méthane, formant du dioxyde de carbone à l'effet de serre bien plus faible[55], et le fait que le soleil étant plus jeune et donc moins brillant à cette époque, la constante solaire était de 6 % inférieure[18].

La couverture globale par les glaces peut avoir retardé ou empêché le développement de la vie multicellulaire.

Durant la période de gel les températures chutent au point que l'équateur devient aussi froid que l'Antarctique actuel[56]. Cette situation se maintient en raison de la réflexivité élevée de la glace, renvoyant dans l'espace la majeure partie de l'énergie solaire. La vapeur d'eau atmosphérique se congelant, la couverture nuageuse est également très faible, ce qui amplifie encore cet effet.

Les niveaux de dioxyde de carbone nécessaires pour amorcer le dégel sont estimés à 350 fois leur valeur actuelle, c'est-à-dire à une proportion de 13 % de l'atmosphère[57]. La Terre étant presque complètement recouverte de glace, l'altération des silicates libérant des ions alcalins est très diminuée, et le dioxyde de carbone atmosphérique n'est plus absorbé. En 4 à 30 millions d'années, le CO₂ et le méthane, principalement émis par les volcans, s'accumulent jusqu'à produire un effet de serre suffisant pour faire fondre les glaces tropicales et faire apparaître une bande de terre et des eaux libres de glace en permanence[58] ; cette bande plus sombre absorbe davantage d'énergie solaire, ce qui initie une rétroaction positive.

Sur les continents, la fonte des glaciers libère d'immenses quantités de dépôts glaciaires, qui s'érodent et s'altèrent. Les sédiments ainsi lessivés jusqu'à l'océan sont riches en nutriments tels que le phosphore ; combiné avec les hauts niveaux de CO₂, cela déclenche une explosion de la population des cyanobactéries, amenant à une ré-oxygénation relativement rapide de l'atmosphère ; cela pourrait avoir contribué au développement de la faune de l'Édiacarien, puis à l'explosion cambrienne, une concentration élevée en oxygène favorisant le développement de grandes formes de vie multicellulaire. Cette rétroaction positive suffit à faire fondre la glace en des temps très courts à l'échelle géologique, peut-être en moins de 1 000 ans ; la reconstitution d'une atmosphère riche en oxygène et pauvre en CO₂ ne prendrait que quelques millénaires de plus.

La déstabilisation d'importants dépôts d'hydrates de méthane sous forme de permafrost aux basses latitudes peut également avoir servi de déclencheur ou du moins de renforcement de rétroaction positive à la déglaciation et au réchauffement[59].

Le taux de dioxyde de carbone peut alors être retombé suffisamment pour que la Terre regèle, ce cycle pouvant se répéter jusqu'à ce que les continents aient atteint des latitudes plus élevées[60].

Des observations plus récentes suggèrent que des températures océaniques plus froides ont augmenté la quantité de gaz dissous et amené à une oxydation plus rapide du carbone océanique, enrichissant l'atmosphère en dioxyde de carbone, augmentant l'effet de serre et empêchant la formation d'un état boule de neige complet[61].

Il a été suggéré que la glaciation du Néoprotérozoïque ne différait pas significativement des autres glaciations, et que les efforts pour lui trouver une cause unique étaient voués à l'échec[18]. L'hypothèse des déchirures (Rift-unzipping) envisage deux séquences de dislocations continentales : d'abord la fragmentation du supercontinent Rodinia, formant l'océan proto-Pacifique, puis celle du continent Baltica se séparant de la Laurentia, et formant le proto-Atlantique, déchirures coïncidant avec les périodes de glaciation.

Les soulèvements tectoniques associés formeraient des hauts-plateaux, comme l'actuelle vallée du Grand Rift ; ces terrains élevés pourraient alors se recouvrir de glaciers.

Les dépôts de fer rubané ont souvent été considérés comme des preuves irréfutables d'une couverture totale par les glaces, puisqu'ils demandent, pour leur formation, des ions fer en solution et des eaux anoxiques ; cependant, les faibles quantités de ces dépôts au Néoprotérozoïque pourrait signifier qu'ils ne se sont pas formés dans des océans gelés, mais plutôt dans des mers intérieures. Dans ces mers, une forte évaporation aurait pu concentrer les ions fer, et une absence périodique de circulation aurait pu permettre à des eaux profondes anoxiques de se former.

Les fragmentations continentales, et les affaissements en résultant, tendent à créer ces mers intérieures ; ce modèle ne demande donc pas une élévation rapide du niveau des océans, et donc une fonte rapide des glaces.

Une autre théorie expliquant la présence de glace sur les continents équatoriaux suppose que l'inclinaison de l'axe de la Terre était très élevée, de l'ordre de 60°, amenant même les zones tropicales à connaître des hivers très froids ; les arguments soutenant une telle hypothèse sont cependant peu concluants[65]. Une possibilité moins extrême serait qu'une dérive importante des pôles magnétiques se serait produite, les amenant à des latitudes tropicales : l'analyse du paléomagnétisme ayant amené à l'estimation des latitudes prenant d'habitude pour hypothèse que les pôles magnétiques et géographiques ont toujours été proches, cette estimation ne serait plus valable. Dans les deux cas, la présence de glaces équatoriales s'expliquerait par des changements climatiques bien moins massifs.

Dickinsonia costata, un organisme édiacarien d'aspect plissé ne se rattachant à aucun embranchement connu.

Le Néoprotérozoïque a connu une remarquable diversification des organismes multicellulaires, en particulier des animaux. Leur taille et leur complexité augmentèrent considérablement après les glaciations. Ce développement peut avoir résulté de pressions évolutives accrues résultant de nombreux cycles d'alternances Terre glaciaire - Terre chaude (en) ; il est également possible que les variations considérables des nutriments disponibles et des quantités d'oxygène atmosphérique aient joué un rôle. On peut d'ailleurs remarquer qu'un autre épisode majeur de glaciations s'est peut-être achevé quelques millions d'années seulement avant l'explosion cambrienne.

Le mécanisme de cet impact sur l'évolution a probablement été la sélection de parentèle. La différenciation des organes, en particulier celle, irréversible, présente chez les animaux, demande que les cellules individuelles et les gènes qu'elles contiennent « sacrifient » leurs capacités reproductrices, pour ne pas perturber le fonctionnement de la colonie. À court terme, du point de vue des gènes, il y a un avantage reproductif à ignorer les signaux des autres cellules et à continuer à se reproduire ; c'est ce qui explique la formation des tumeurs chez les animaux et les plantes modernes. Mais, bien que coûteuse, la différenciation cellulaire peut, à long terme, être avantageuse pour les gènes d'un point de vue global, car ce sont les copies des gènes des cellules qui se sont « sacrifiées » qui, en définitive, sont reproduites.

Il a été suggéré[72] que les glaciations globales décimant la majorité des espèces, les populations très réduites en résultant descendraient toutes d'un petit nombre d'individus (c'est l'effet fondateur), et donc que la proximité génétique moyenne entre deux individus (deux cellules individuelles dans ce cas) aurait été exceptionnellement élevée à la suite de ces glaciations ; on sait que dans ce cas, l'altruisme devient génétiquement avantageux (voir à ce sujet l'équation de Hamilton). Ainsi, pour la première fois dans l'histoire de la vie, le coût reproductif de la formation d'un animal complexe aurait pu être surmonté.

Une hypothèse alternative, ayant récemment pris de l'importance, est que ces glaciations globales n'ont pas tant affecté l'évolution de la vie qu'elles n'ont été causées par elle. L'idée est que les évènements évolutifs majeurs redistribuent les réservoirs de carbone de la biosphère, et ce faisant abaissent temporairement les quantités de carbone atmosphérique et l'effet de serre correspondant, jusqu'à ce qu'un nouvel équilibre soit atteint. Les deux épisodes de Terre boule de neige, celui de la glaciation huronienne il y a 2,4 à 2,1 milliards d'années, et celui du Cryogénien, auraient ainsi été respectivement causés par l'évolution de la photosynthèse aérobie (la catastrophe de l'oxygène) et par celle des formes de vie multicellulaires plus avancées colonisant la terre ferme[73] - [74].

On a repéré trois ou quatre épisodes glaciaires significatifs durant le Néoprotérozoïque supérieur. Cette période, le Cryogénien, est cependant parfois décrite comme formée d'une seule glaciation, la glaciation Varanger. La glaciation marinoenne est la plus importante, mais les glaciations sturtiennes étaient également extrêmement étendues[75]. Même Hoffman, le plus important défenseur de la théorie Terre boule de neige, pense que la glaciation de Gaskiers, qui dura environ un million d'années, n'amena pas une glaciation globale[50], bien qu'elle ait été sans doute aussi intense que la glaciation de l'Ordovicien supérieur. Quant à la glaciation de Kaigas, il n'est pas actuellement certain qu'elle ne soit pas simplement un artefact dû à de mauvaises datations de strates associées en fait au Sturtien. En résumé, les analyses actuelles tendent à suggérer de nombreux épisodes glaciaires durant le Néoprotérozoïque, ce qui semble mal s'accorder avec l'hypothèse de la Terre boule de neige à cette époque[76].

L'hypothèse de la Terre boule de neige a été proposée pour expliquer les dépôts glaciaires dans le Supergroupe de l'Huronien (Huronian Supergroup (en)) au Canada, bien que les analyses paléomagnétiques suggérant que ces dépôts ont eu lieu à des latitudes peu élevées soient contestées[77] - [78]. Les sédiments glaciaires de la formation makganyène en Afrique du Sud sont un peu plus récents que les dépôts de l'Huronien, ~2,25 milliards d'années, et furent déposés à des latitudes tropicales[79]. Il a été suggéré que la libération d'oxygène ayant eu lieu durant cette période du Paléoprotérozoïque ait provoqué une chute du méthane atmosphérique, par oxydation. Le Soleil étant nettement moins brillant à cette époque, l'absence du méthane, gaz ayant un effet de serre très important, aurait suffi à plonger la Terre dans une glaciation globale[78].

Les dépôts glaciaires du Carbonifère, découverts en Inde et en Amérique du Sud avant que soit connue la dérive des continents, avaient amené à penser que la glaciation du Karoo avait atteint les tropiques. Mais les reconstructions modernes montrent, qu'en fait, elle n'avait touché que les parties polaires du supercontinent Gondwana.

Stephen Warren, professeur à l'Université de Washington à Seattle, a emmené une petite équipe en Antarctique au cours de l'été austral en 2009-10 et en 2010-11 pour chercher de nouvelles données confirmant l'hypothèse de la Terre boule de neige. Ce projet, subventionné par la National Science Foundation, devait étudier différents types de glace formés au cours des glaciations précédentes, en particulier leur albédo, information importante pour comprendre les processus mis en jeu dans les glaciations extrêmes[83].

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Snowball Earth » (voir la liste des auteurs).

• (en) J. D. Roberts, « Late Precambrian glaciation: an anti-greenhouse effect? », Nature, vol. 234, n^o 5326,‎ 1971, p. 216–217 (DOI 10.1038/234216a0)
• J. D. Roberts, « Late Precambrian dolomites, Vendian glaciation, and the synchroneity of Vendian glaciation », J. Geology, vol. 84,‎ 1976, p. 47–63 (DOI 10.1086/628173, Bibcode 1976JG.....84...47R)
• (en) T. H. Torsvik et E. F. Rehnström, « Cambrian palaeomagnetic data from Baltica: Implications for true polar wander and Cambrian palaeogeography », J. Geol. Soc. Lond., vol. 158,‎ 2001, p. 321–329 (DOI 10.1144/jgs.158.2.321)
• (en) Gabrielle Walker, Snowball Earth, Bloomsbury Publishing, 2003 (ISBN 0-7475-6433-7)
• (en) A. V. Sankaran, « Neoproterozoic "snowball earth" and the "cap" carbonate controversy », Current Science, vol. 84, n^o 7,‎ 2003, p. 871 (lire en ligne [PDF], consulté le 6 mai 2007)
• (en) J. L. Etienne, P.A. Allen, R. Rieu et E. Le Guerroué, « Neoproterozoic glaciated basins: A critical review of the Snowball Earth hypothesis by comparison with Phanerozoic glaciations », Glacial Sedimentary Processes and Products, Malden (MA), Michael Hambrey, Poul Christoffersen, Neil Glasser et Bryn Hubbard. IAS Special Publication - Blackwell Pub, vol. 39,‎ 2007, p. 343–399 (ISBN 9781405183000)
• (en) Philip A. Allen et James L. Etienne, « Sedimentary challenge to Snowball Earth », Nature Geoscience, vol. 1, n^o 12,‎ 2008, p. 817 (DOI 10.1038/ngeo355)
• (en) A. Micheels et M. Montenari, « A snowball Earth versus a slushball Earth: Results from Neoproterozoic climate modeling sensitivity experiments », Geosphere (Geol. Soc. America), vol. 4, n^o 2,‎ 2008, p. 401–410 (DOI 10.1130/GES00098.1)
• Anne-Sophie Boutaud et Gilles Ramstein, « Quand la Terre était une boule de neige », CNRS Le journal,‎ 5 décembre 2017 (lire en ligne, consulté le 20 février 2018)
• (en) Gregory J. Retallack, « Why was there a Neoproterozoic Snowball Earth? », Precambrian Research (en), vol. 385,‎ février 2023, article n^o 106952 (DOI 10.1016/j.precamres.2022.106952)

• Glaciation Varanger
• Cryoconite

• (en) « The Snowball Earth »^{(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?)}
  Synthèse écrite par Paul F. Hoffman et Daniel P. Schrag (en) en 1999
• (en) « Snowball Earth »
  Un site de référence par les auteurs précédents, lesquels sont partisans de cette théorie.
• (en) Gabrielle Walker, « Snowball Earth »^{(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?)}, sur Muse, 2004
• (en) « New Evidence Puts 'Snowball Earth' Theory Out In The Cold », sur sciencedaily.com, 2007
  Des analyses à Oman montrent l’alternance de périodes chaudes et froides durant le Cryogénien, ce qui semble difficile à concilier avec l'hypothèse de la Terre boule de neige.
• (en)
  Documentaire (voix de Tony Robinson), favorable à l'hypothèse, interviews de nombreux participants à la théorie.
• (en) « BBC documentary 2001 »^{(Archive.org • Wikiwix • Archive.is • Google • Que faire ?)}
• (en) Nick Lane, « First breath: Earth's billion-year struggle for oxygen », New Scientist, n^o 2746,‎ 5 février 2010 (présentation en ligne)
  Postule l’existence d'un période "boule de neige" antérieure et beaucoup plus longue, c2.4 - c2.0 Gya, déclenchée par a Great Oxygenation Event.
• (en) « 'Snowball Earth' theory melted », sur BBC News online, 6 mars 2002
  Report on findings by geoscientists at the University of St Andrews, Scotland that casts doubt on the Snowball Earth hypothesis due to evidence of sedimentary material, which could only have been derived from floating ice on open oceanic waters.
• (en) « Life may have survived 'Snowball Earth' in ocean pockets », sur BBC News online, 14 décembre 2010
  Report on research presented in the journal Geology by Dr Dan Le Heron (et al) of Royal Holloway, University of London who studied rock formations in Flinders Ranges in South Australia, formed from sediments dating to the Sturtian glaciation, which bear the unmistakable mark of turbulent oceans.