Wystarcza niewielka ilość gazów cieplarnianych, aby utrzymać na powierzchni Ziemi temperaturę, która umożliwia istnienie życia. Szacuje się, że dzięki efektowi cieplarnianemu temperatura na Ziemi jest o 33°C wyższa, niż byłaby, gdyby to zjawisko nie istniało. Biorąc pod uwagę fakt, że średnia temperatura Ziemi wynosi 14°C, można wyliczyć, że temperatura Ziemi wynosiłaby wtedy -18°C. Życie, jakie istnieje w obecnej formie, nie byłoby możliwe.
Gdyby Ziemia ochłodziła się do tego stopnia, para wodna w atmosferze przestałaby praktycznie występować, do tego cała Ziemia zostałaby skuta lodem, i to na trwałe. Ziemia, pokryta lodem, przestałaby pochłaniać promieniowanie słoneczne i emitować je w podczerwieni. Zamiast tego lód, jak lustro, odbijałby większość padającego na Ziemię światła bezpośrednio w kosmos.
Gdyby czapy lodowe zaczęły narastać i przesuwać się w stronę niższych szerokości geograficznych, to, po przekroczeniu przez nie 35 równoleżnika nie byłoby już odwrotu – cała Ziemia, aż po równik, zostałaby skuta kilometrowej grubości skorupą lodu. Lód działa jak lustro - odbija nawet 90% padającej na niego energii, do tego bez zmiany długości fali – jest to więc energia, która bez problemu wraca w kosmos, nie będąc pochłaniana przez atmosferę.
Naukowcy uważają, że stan taki mógł mieć już miejsce w historii, być może nawet kilkukrotnie. Taki stan Ziemi określa się jako Ziemię – śnieżkę. Miało to miejsce 750 – 580 mln lat temu. Po zamarznięciu całej planety jej średnia temperatura wynosiła -50°C.
Uważa się, że przyczyną przejścia Ziemi w ten stabilny stan był zanik efektu cieplarnianego związany z absorpcją dwutlenku węgla z atmosfery przez gwałtowny wzrost bakterii lub erozję krzemianów. Od lat 60. XX wieku wiadomo, że jedyny istniejący wtedy na Ziemi kontynent podlegał w okresie od 750 mln do 580 mln lat temu zlodowaceniu. Paleontolog W. Brian Harland zauważył, że wszystkie osady lądowe pochodzące z tego okresu noszą ślady lodowca i zaproponował istnienie w tym okresie epoki lodowcowej. Ponadto badania dryfu kontynentów wykazały, że 750 mln lat temu jedyny superkontynent (nazwany Rodinia) leżał prawie całkowicie na równiku, a to oznacza, że w tym okresie cała Ziemia musiała być pokryta lodem.
Wszystkie osady lądowe noszą ślady lądolodu
Jeżeli równik został pokryty lodem, oznaczało to pokrycie białą czapą całej planety. Podstawą tego rozumowania był fakt, że wzrost ilości lodu podwyższa albedo powierzchni planety. Biały lód odbija znacznie więcej ogrzewającego planetę światła słonecznego, niż woda czy ziemia. Jeżeli lodu zaczyna przybywać, to Ziemia odbija coraz więcej ciepła w kosmos i lodu przybywa jeszcze więcej – pojawia się dodatnie sprzężenie zwrotne. Wyliczono, że przejście przez lód pewnego równoleżnika na południe oznacza nieodwracalnie zamrożenie całej planety. Jeżeli lód już przejdzie tę linię, to lodowiec musi pokryć wszystkie lądy i oceany.
Jeżeli stwierdzono obecność lodu na równiku oznacza to, że proces zamarzania Ziemi musiał osiągnąć swój szczyt i cała planeta zamieniła się w wielką „śnieżkę”.
Prawie całkowity zanik życia roślinnego
W wodzie morskiej występują dwa izotopy węgla – węgiel-12 oraz węgiel-13. Jeżeli ocean jest pełen roślinnego życia, to mikroorganizmy szybciej pochłaniają węgiel-12. W efekcie stężenie węgla-13 zaczyna przeważać w morskich osadach. Kiedy w oceanie jest mało roślin, przeważa węgiel-12. Właśnie takie zjawisko zaobserwowano ok. 750 mln lat temu, co sugeruje, że rośliny prawie nie występowały na Ziemi.
Skały bogate w żelazo
Zawarty w ziemskiej atmosferze tlen reaguje z żelazem zawartym w skałach. Bogate w żelazo skały formują się częściej, jeżeli tlenu jest mniej. Jeżeli Ziemia została pokryta lodem, to rośliny prawie całkowicie zaprzestały produkcji tlenu. Tlen ma skłonność do reagowania z innymi substancjami. Bez stałych dostaw jego poziom na Ziemi-śnieżce znacznie się obniżył. Niski poziom tlenu ułatwił formowanie się bogatych w żelazo skał. Właśnie takie pokłady minerałów zostały odkryte przez geologów w osadach z okresu wielkiego zlodowacenia.
Pokłady węglanów
Do rozmrożenia Ziemi-śnieżki konieczny był bardzo wysoki poziom dwutlenku węgla w atmosferze. Kiedy już lody puściły gaz nie zniknął nagle z atmosfery. Temperatura podniosła się do tak wysokiego poziomu, że gwałtowne parowanie oceanów wywołało ogromne deszcze. Reakcja bogatej w CO2 atmosfery z wodą doprowadziła do powstania kwasu węglowego. Kwaśna woda znacznie przyspieszyła erozję krzemianów. Wypłukane skały pokryły dno oceanów, tworząc bogatą warstwę węglanów, co obserwuje się w wielu osadach sprzed 580 mln lat. Jednocześnie osady te graniczą ze skałami polodowcowymi, co wyraźnie sugeruje silny związek obu warstw.
Eksplozja kambryjska
Zakończenie okresu zlodowacenia miało miejsce kilka milionów lat przed eksplozją kambryjską. Zamrożenie planety mogło być czynnikiem zwiększającym presję ewolucyjną, co zwiększyło tempo rozwoju prymitywnych organizmów. Z drugiej strony po zakończeniu epoki lodu warunki stały się znacznie bardziej sprzyjające życiu, co pozwoliło na rozwój ogromnej różnorodności organizmów obserwowanej kilka milionów lat później w osadach.
Istnieje możliwość, że Ziemia mogła zamienić się w śnieżkę wielokrotnie, w cyklu: zamarznięcie – stopniowe gromadzenie się gazów cieplarnianych w atmosferze i wzrost temperatury powyżej punktu topnienia lodu – gwałtowne ocieplenie Ziemi i wypłukanie gazów cieplarnianych z atmosfery – spadek temperatury poniżej zera i ponowne zamarznięcie Ziemi. W takim cyklu ani stan Ziemi – śnieżki nie byłby stabilny, ani stan ocieplenia. Stabilna byłaby oscylacja.
Dowiedz się więcej o hipotezie Ziemia-Śnieżka 
W następnym artykule przedstawimy w jaki sposób naukowcy dowiadują się o przeszłym klimacie ziemi. Przeczytaj o metodach badania dawnego klimatu .
