Het is nu moeilijk voor te stellen, maar op bepaalde punten in de geschiedenis van de aarde bedekte ijs de hele planeet. Deze bevroren aarde, bijgenaamd sneeuwbalaarde, was een omgeving 'zo ernstig dat het hele oppervlak van de aarde, van pool tot pool, inclusief de oceanen, volledig bevroren', zei Melissa Hage, een milieuwetenschapper en universitair docent aan het Oxford College of Emory Universiteit in Georgië.
In 1840 was Louis Agassiz, een Zwitserse natuurwetenschapper, een van de eersten die erkende en bewijs leverde dat de aarde door ijstijden was gegaan, volgens het University of California Museum of Paleontology. Joseph Kirschvink, een Amerikaanse geoloog, bedacht later de term 'sneeuwbalaarde' in een leerboek uit 1992. Het werk van Kirschvink was gebaseerd op bewijsmateriaal van Agassiz en anderen.
Wetenschappers geloven dat drie tot vier ernstige ijstijden, die bijna of het hele oppervlak bevriezen, tussen 750 miljoen en 580 miljoen jaar geleden plaatsvonden, waarschijnlijk omdat de landmassa's van de aarde zich allemaal op of nabij de evenaar bevonden, wat resulteerde in een verhoogde verwering. Verwering is wanneer wind en neerslag rotsen en mineralen op het oppervlak van de planeet afbreken. Het proces leidt tot een verlaagd kooldioxidegehalte in de atmosfeer, waardoor meer warmte van het oppervlak en de ruimte kan worden afgevoerd, waardoor de planeet afkoelt.
"Verhoogde continentale verwering leidde tot een afname van kooldioxide in de atmosfeer en wereldwijde afkoeling", zei Hage. 'Toen de poolzeeën begonnen te bevriezen, werd meer zonlicht weerkaatst door de witte oppervlakken en werd de koeling versterkt.'
Doorgaans zal ijs dat zich over de continenten vormt, zoals ijskappen, de verwering vertragen en de atmosferische kooldioxidegehaltes en temperaturen laten stijgen. Maar honderden miljoenen jaren geleden bevonden alle landmassa's van de aarde zich op de evenaar. Zonder landmassa's aan de polen om ijskappen te vormen, en de verwerings- en koelcyclus ging ongecontroleerd door en stortte de planeet in een diepe bevriezing, volgens Hage.
Wetenschappers schatten dat de gemiddelde temperatuur wereldwijd daalde tot minus 58 graden Fahrenheit (minus 50 graden Celsius) tijdens deze ijstijden, die elk ongeveer 10 miljoen jaar duurden. Omdat water niet kan verdampen uit de met ijs bedekte oceanen, sloot de waterkringloop (waarin water zich verplaatst tussen de atmosfeer, het land en de oceanen) af.
Er is echter enige discussie over de vraag of de aarde volledig bevroren was of dat er nog plekken van modderig materiaal of open water waren aan de evenaar waar zonlicht het water zou kunnen binnendringen en sommige organismen zouden kunnen overleven. Deze "slushball Earth" -hypothese werd in 2000 geïntroduceerd door Richard Cowen, een Amerikaanse geoloog, volgens Dartmouth University.
De intense ijstijden smolten uiteindelijk weg. Wetenschappers zijn van mening dat vulkanen tijdens de ijstijden kooldioxide in de atmosfeer bleven pompen, waardoor de planeet uiteindelijk voldoende werd opgewarmd zodat de watercyclus kon worden hervat.
De toegenomen broeikasgassen (waterdamp en koolstofdioxide), die de warmte op het oppervlak van de planeet vasthouden, leidden uiteindelijk tot een op hol geslagen verwarming, zei Hage, waardoor de wereldwijde gemiddelde temperatuur in slechts een paar honderd jaar tot 122 F (50 C) steeg. Dit leidde op zijn beurt tot meer continentale verwering, wat hielp de hoeveelheid kooldioxide in de atmosfeer te verminderen en de koele temperaturen terug te verlagen.
Een fenomeen dat bekend staat als de Milankovitch-cycli speelde volgens Hage ook een rol in de eb en vloed van ijstijden. De drie cycli zijn genoemd naar Mulutin Milanković, een Servische astronoom, die het bewijs leverde dat klimaatveranderingen koppelde aan de veranderende hoeveelheid zonne-energie die het aardoppervlak ontvangt op basis van de positie van de planeet. De cycli verwijzen naar kleine veranderingen in de vorm van de baan van de aarde rond de zon, de kanteling van de as van de planeet en hoeveel de aarde wiebelt tijdens het draaien.
Terwijl de aarde opwarmde en uit de diepvries kwam, vond er een enorme explosie van leven plaats, bekend als de Cambrische explosie, volgens het University of California Museum of Paleontology. Dit is de vroegst bekende periode binnen het fossielenbestand waarin grote groepen dieren verschijnen binnen een zeer korte geologische tijdsperiode (ongeveer 40 miljoen jaar).
Zullen we in de toekomst nog een sneeuwbalaarde zien? Volgens Hage is het onwaarschijnlijk vanwege de gespreide oriëntatie van de continenten.
"Zelfs met extreme winters zouden er continentale ijskappen ontstaan, die de continentale verwering zouden stoppen en koolstofdioxide in de atmosfeer zouden ophopen, wat eerder zou leiden tot opwarming dan tot hardnekkige bevriezing", zei ze.
