Bolygónk története során számtalan kisebb-nagyobb klímaváltozást élt át. A legmarkánsabbak a jégkorszakok, melyek közül a legutóbbi földtörténeti léptékkel mérve épphogy befejeződött, vagy – ha azon kutatók véleményét tekintjük, akik szerint a jégkorszak kritériuma a sarki jégsapkák megléte – még most is tart. A geológiai múltban azonban a pleisztocénbelinél voltak sokkalta erősebb lehűléssel járó jégkorszakok is.

Képzeljünk el egy olyan világot, melyben a vastag jégtakaróval borított szárazföldeket befagyott óceánok veszik körül, melyben nem takarják felhők az eget, és csak néhány primitív vulkanikus vagy mélytengeri melegforrások környékén tengődő alga képviseli az életet. Talán egykor a Föld is ilyen valószínűtlenül idegen világ volt: több milliárd évnyi, kétségkívül mozgalmas, többnyire meleg létezés után globális tél köszöntött bolygónkra. A kutatók évtizedek óta sejtik, hogy így lehetett, de maguk is kétkedve tekintettek azokra az adatokra, melyeket a régmúltból bányásztak ki. Nemrég azonban olyan bizonyítékok kerültek elő, melyek a szkeptikusokat is meggyőzhetik. Valószínűleg volt olyan időszak, amikor a Földet teljesen a jég uralta.

A hatvanas években egyre több olyan kőzetminta gyűlt össze, melyek egy ősi jégkorszak meglétét bizonyítják. Ilyen üledékek a világ minden részéből előkerültek, s keletkezésüket a szakemberek 700 millió évvel ezelőttre teszik, az újproterozoikumra, amikor az életet csak egysejtűek képviselték a bolygón.

A meglepetést akkoriban az keltette, hogy több üledékmintáról kiderült, az Egyenlítő körüli térségekből származnak. Ezt a kőzetek mágnesezettségéből lehetett kideríteni. De hogyan létezhetett oly sokáig jég a forró trópusokon? Akkortájt a neves szovjet klímakutató, M. Budüko modellkísérletei során arra a következtetésre jutott, hogy a pólusok irányából kiterjedő jég öngerjesztő folyamatot indít be. A jég visszaveri a napsugárzás nagy részét, a klíma hűl, egyre több jég keletkezik. Egy idő után a folyamat visszafordíthatatlanná válik, és az egész bolygót igen rövid idő alatt beborítja a jég. Ezt az elméletet azonban nagyon hamar elvetették, akként okoskodva, hogy ha egyszer az egész Föld befagy, akkor az úgy is marad, így ez az esemény nem következhetett be. A kőzetek elvileg később is fölvehették az említett mágneses tulajdonságokat, így az sem tekinthető perdöntőnek. 1986-ban azonban egy ausztrál kutató, Joe Kirschvink olyan kőzeteket talált a kérdéses időszakból, melyeknek mágnesezettsége kétséget kizáróan egykorú a kőzet keletkezésével. Bebizonyosodott tehát, hogy lehettek gleccserek az Egyenlítő közelében. Maradt még a dilemma, hogy miképpen enyhült meg később a tetőtől talpig befagyott Föld. A választ a kutató a vulkánokban találta meg, melyek nagy mennyiségű szén-dioxidot bocsátanak ki; e gázt a csapadék kimossa a légkörből, a víz áthatol a kőzeteken, kémiai változásokat idéz elő bennük, a kalcium- és a bikarbonátionok az óceánokba jutnak, ahol az üledékképződés során karbonátos kőzetekké alakulnak. A megfagyott Földön azonban nem volt párolgás, eső, kémiai mállás. Így a vulkáni szén-dioxid a légkörben maradt, erősítve az üvegházhatást, ami a bolygó fölmelegedéséhez vezetett.

Kirschvink 1992-ben publikálta elméletét, de nem talált kedvező fogadtatásra. Ugyanakkor egy harvardi geológus, Paul Hoffman szénizotóp-vizsgálatok során arra a következtetésre jutott, hogy e jégkorszak végére a C-13 aránya a C-12-höz képest olyan alacsonyra süllyedt, hogy fotoszintézis egyáltalán nem mehetett végbe. Az eljegesedés előtt a C-13 aránya fokozatosan csökkent, mert az algák és a fotoszintetizáló baktériumok nem tudtak megbirkózni a süllyedő hőmérséklettel, az eljegesedés idején pedig produktivitásuk teljesen leállt.

Az ötletre ráharapott egy izotópszakértő, Dan Schrag geokémikus is, aki továbbgondolta az elméletet. A geológusokat régóta foglalkoztatja az a paradoxon, hogy az újproterozoikumi jégkorszak üledékeit mindenhol vastag karbonátos rétegek fedik. A karbonátok keletkezése általában az óceánok legmelegebb részein megy végbe, így aligha képzelhető el, hogy glaciális üledékeket egyből ilyen vastag karbonátok kövessenek. Egy korábbi számítás szerint a mainál 350-szer több szén-dioxidnak kellett volna lennie a légkörben ahhoz, hogy a megfagyott Föld az üvegházhatás miatt felolvadjon. Ekkora mennyiség felhalmozódásához – vulkánosság révén – több millió év kellhetett. Schrag elképzelése szerint azonban kezdetnek elég volt, ha megolvadt a világóceán jégtakarója, mert azonnal megindult a párolgás, és mivel a vízpára a vulkáni eredetű szén-dioxid mellett a leghatékonyabb üvegházgáz, a klíma nagyon rövid idő alatt erősen felmelegedhetett.

Hoffman és Schrag 1998 augusztusában publikálták elképzeléseiket a Science-ben. A cikk nagy vitákat váltott ki, ellenérvek csaptak össze újabb támogató érvekkel. Mindenesetre ma már a hógolyóelmélet legádázabb ellenlábasai sem söprik le az asztalról, de fenntartják a véleményt, hogy minden rejtélyről még nem hullt le a lepel.

Ha azonban az elmélet hirdetői jó nyomon indultak el, egy sor érdekes geológiai-klimatológiai, sőt evolúcióbiológiai kérdésre kínálkozik válasz. A glaciális üledékek elterjedése alapján feltételezhető, hogy legalább öt eljegesedési ciklus volt, és legalább kettőt savas szuper-üvegházhatású klíma követett. Ennek meghatározó szerepe lehetett a földi élet alakulásában is. Az utolsó jeges fázis körülbelül 575 millió éve ért véget, amikor a legprimitívebb életformák után megjelent a máig is rejtélyes többsejtű Ediacara-fauna, majd később az élet robbanásszerű fejlődését mutató kambriumi állatvilág.

Marad azonban az örök kérdés, mi indította el a hógolyóeffektust, mi okozta a jégkorszakot. (Erre még az időben jóval közelebbi pleisztocén eljegesedés esetében sincs egyértelmű magyarázat.) Egy valószínű okként egy ősi szuperkontinens, a Rodinia földarabolódását említik. A szuperkontinens belseje ugyanis igen száraz lehetett, ám a feldarabolódás után több csapadék hullhatott a szárazföldekre, több szén-dioxid kerülhetett ki a légkörből. Ez karbonátokba záródva lehűléshez vezetett. Ha a kontinensdarabok az Egyenlítő környékén csoportosultak, a jégsapkák képződése a sarkvidéki óceánokon kezdődött meg, így a szárazföldeken tovább folyhatott a kémiai mállás, a karbonátképződés, tehát folyamatosan csökkent a légköri szén-dioxid-koncentráció és vele az üvegházhatás erőssége. Ez tartott mindaddig, amíg a jégtakaró el nem érte az egyenlítői térség kontinenseit, s ezzel kezdetét vette a hógolyóállapot.