vignette|Résultat d'une simulation par la NASA.
La Terre boule de neige ( en anglais), ou Terre boule de glace (.) est un modèle décrivant la Terre comme presque entièrement couverte de glace à certaines périodes de son histoire. Originellement conçu pour représenter le Cryogénien (), ce modèle a ensuite été appliqué à la glaciation huronienne () et, au sein du Cryogénien, plus précisément aux glaciations sturtienne () et marinoenne ()....
Cette hypothèse est généralement acceptée par la communauté des géologues, parce qu'elle est la meilleure explication de sédiments d'origine apparemment glaciaire, découverts à des paléolatitudes tropicales, ainsi que d'autres aspects difficilement explicables des archives géologiques. Les adversaires de cette hypothèse contestent le fait que ces traces prouvent une glaciation globale. Ils estiment géophysiquement peu crédible l'idée d'un océan entièrement recouvert de glace., et mentionnent la difficulté de ressortir d'une situation entièrement gelée. Certaines questions sont encore sans réponse, en particulier celle de savoir si l'océan était complètement pris dans les glaces, ou si une étroite bande équatoriale restait liquide.
Ces épisodes glaciaires sont antérieurs à une soudaine multiplication des formes de vie connue sous le nom d'explosion cambrienne, et le dernier d'entre eux pourrait avoir déclenché l'évolution de la vie pluricellulaire. Un autre épisode de Terre boule de neige, plus ancien et plus long, la glaciation huronienne, eut lieu entre − 2,4 et et pourrait avoir été provoqué par la catastrophe de l'oxygène.
Historique Douglas Mawson (1882–1958), géologue australien et explorateur de l'Antarctique, passa l'essentiel de sa carrière à étudier la stratigraphie néoprotérozoïque du sud de l'Australie, où il identifia des couches épaisses et étendues de sédiments glaciaires ; il en vint à envisager l'hypothèse d'une glaciation globale..
Les idées de Mawson, cependant, étaient fondées sur l'hypothèse erronée d'une position géographique de l'Australie et des autres continents demeurée fixe au cours des temps géologiques. Avec les progrès de l'hypothèse de la dérive des continents, et par la suite de la théorie de la tectonique des plaques, une explication plus simple de ces sédiments glaciaires vit le jour : ils avaient été déposés à une époque où les continents étaient à une latitude plus élevée.
En 1964, l'idée d'une glaciation globale réapparut lorsque publia un article dans lequel il présentait des données paléomagnétiques montrant que des tillites glaciaires au Svalbard et au Groenland s'étaient déposées alors que ces régions étaient sous des latitudes tropicales.. De ces données et de l'étude des sédiments montrant que ces dépôts glaciaires interrompent des successions de roches habituellement associées à des latitudes tropicales ou tempérées, il tira l'idée d'une période froide extrême au point que la glace était descendue jusqu'aux tropiques.
Dans les années 1960, Mikhail Budyko, un climatologue russe qui travaillait sur les conséquences climatiques d'un conflit nucléaire généralisé, développa un modèle climatique simplifié ne prenant en compte que les équilibres énergétiques, pour analyser les effets d'une couverture de glace sur le climat global. En utilisant ce modèle numérique, il découvrit qu'en cas de refroidissement assez intense (un hiver nucléaire, par exemple), si la banquise (ou de la neige) atteignait 30° de latitude, une boucle de rétroaction s'ensuivait, où l'effet réfléchissant (l'albédo) accru de la glace amenait à un refroidissement supplémentaire et à une nouvelle extension des glaciers, jusqu'à ce que la Terre entière soit recouverte et se stabilise dans un nouvel équilibre.. Quoique le modèle de Budyko ait montré que cet état stable était possible, il conclut que cette situation ne s'était jamais produite, parce que son modèle ne fournissait aucun mécanisme permettant la sortie d'un tel scénario.
L'expression « Terre boule de neige » (Snowball Earth) fut proposée par Joseph Kirschvink, professeur de géobiologie au California Institute of Technology, dans un court article publié en 1992 au sein d'un important ensemble de textes concernant la biologie de l'éon Protérozoïque. Les principaux apports de ce travail étaient : la reconnaissance de la compatibilité entre la présence de gisements de fer rubané et un épisode glaciaire global ; l'introduction d'un mécanisme permettant d'échapper à une Terre couverte de glace : l'accumulation de par dégagement de gaz volcaniques, amenant à un super-effet de serre.
L'intérêt pour le modèle de la Terre boule de neige s'accrut considérablement après que Paul F. Hoffman (professeur de géologie à l'université Harvard) et ses coauteurs eurent appliqué les idées de Kirschvink à une série de sédiments néoprotérozoïques en Namibie, développant l'hypothèse en lui incorporant d'autres observations telles que celle des , et eurent publié leurs résultats dans la revue Science en 1998..
Actuellement, certains aspects de cette hypothèse demeurent controversés ; ils ont été débattus entre 2005 et 2009 dans le cadre de l’International Geoscience Programme (IGCP) Project 512 : Glaciations NéoprotérozoïquesOn trouvera une synthèse de ces débats sur .. De plus, en , des mesures de taux de fossileLe mécanisme permettant d'échapper à une Terre couverte de glace serait l'effet de serre. L'accumulation de atmosphérique s'expliquerait par l'arrêt de l'érosion et du captage de ce carbone minéral au fonds des océans en raison du gel. tendent à remettre en cause le modèle de dégel par effet de serre..
En , Science a publié Calibrating the Cryogenian (calibration du Cryogénien), article qui concluait : ... Un résumé vulgarisé de ces conclusions fut publié dans Science Daily..
Preuves géologiques L'hypothèse de la Terre boule de neige fut d'abord émise pour expliquer la présence apparente de glaciers à des latitudes tropicales.. L'existence de dépôts glaciaires à ces basses latitudes semblait indiquer que toute la Terre était alors recouverte de glace. Les modèles de l'époque montraient que si la glace descendait à des latitudes de l'ordre de , une boucle de rétroaction liée à l'albédo de la glace aurait pour conséquence une avancée rapide des glaciers jusqu'à l'équateur.. Des modélisations ultérieures ont montré que la glace peut en fait descendre jusqu'à de latitude, voire encore plus près de l'équateur, sans déclencher une glaciation totale.
Pour estimer la valeur de la théorie, il était donc nécessaire de déterminer la fiabilité et la signification des indices ayant conduit à penser que la glace ait pu atteindre les tropiques. Ces indices doivent prouver : qu'une couche de sédiments donnée ne peut avoir été créée que par une activité glaciaire ; que cette couche se trouvait en zone tropicale quand elle s'est déposée. Pour confirmer l'existence d'une période de glaciation globale, il faut aussi montrer que des glaciers étaient actifs en différents lieux à la même époque, et qu'il n'existe aucune autre sorte de dépôts du même âge.
Ce dernier point est très difficile à prouver. Avant l'Édiacarien, les marqueurs biostratigraphiques (utilisés d'habitude pour établir des corrélations entre les âges des roches) sont absents ; il n'y a donc pas vraiment la possibilité de montrer que des roches situées en des lieux éloignés furent déposées en même temps. Les meilleures estimations possibles utilisent des méthodes radiométriques, lesquelles ont rarement une précision meilleure que le million d'années.
Les deux premiers points font également souvent l'objet de contestations dans chaque cas particulier. De nombreux aspects glaciaires peuvent, en fait, être créés par d'autres mécanismes, et estimer la latitude de continents, même il y a seulement 200 millions d'années, peut s'avérer difficile..
Paléomagnétisme Comme les continents se déplacent avec le temps, il n'est pas aisé de déterminer leur position à un moment donné. 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 observés dans les couches géologiques du Néoprotérozoïque s'étaient formés à moins de de l'équateur., bien que la précision de cette reconstruction ait été remise en question.
Cette localisation de sédiments apparemment glaciaires (présentant par exemple des inclusions rocheusesOn trouvera plus de détails sur ces formations dans l'article « Dropstone ».) 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.. Il a même été suggéré que la plupart des données fossiles ne sont pas incompatibles avec l'absence de glaciers tropicaux..
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..
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..
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..
Dépôts glaciaires aux basses latitudes vignette|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.L'origine glaciaire de nombreux dépôts cruciaux pour l'hypothèse Terre boule de neige a été contestée. En 2007, il n'existait qu'une donnée « très fiable » (et elle était encore contestée) identifiant des tillites tropicales, ce qui laissait penser que les affirmations concernant des glaces équatoriales étaient prématurées ; cependant, plus récemment, en 2010, les preuves de glaciations tropicales durant le Sturtien se sont accumulées..