Aging Snowball Earth Earth's glacial cycles have varied dramatically over time; at one point glaciers may have covered nearly the entire planet. Correlating various paleoclimate proxies such as fossil and isotope records from that time hinges on the ability to acquire precise age estimates of rocks deposited around the time of this so-called “Snowball Earth.” Macdonald et al. (p. 1241 ) report new high-precision U-Pb dates of Neoproterozoic strata in the Yukon and Northwest Territories, Canada, to calibrate the timing of carbon isotope variation in rocks from other locations around the globe. Based on the estimated past positions of where these rocks were deposited, glaciers probably extended to equatorial latitudes. The overlap with the survival and, indeed, diversification of some eukaryotes in the fossil record suggests that life survived in localized ecological niches during this global glaciation.

Sedimentary rocks deposited across the Proterozoic-Phanerozoic transition record extreme climate fluctuations, a potential rise in atmospheric oxygen or re-organization of the seafloor redox landscape, and the initial diversification of animals. It is widely assumed that the inferred redox change facilitated the observed trends in biodiversity. Establishing this palaeoenvironmental context, however, requires that changes in marine redox structure be tracked by means of geochemical proxies and translated into estimates of atmospheric oxygen. Iron-based proxies are among the most effective tools for tracking the redox chemistry of ancient oceans. These proxies are inherently local, but have global implications when analysed collectively and statistically. Here we analyse about 4,700 iron-speciation measurements from shales 2,300 to 360 million years old. Our statistical analyses suggest that subsurface water masses in mid-Proterozoic oceans were predominantly anoxic and ferruginous (depleted in dissolved oxygen and iron-bearing), but with a tendency towards euxinia (sulfide-bearing) that is not observed in the Neoproterozoic era. Analyses further indicate that early animals did not experience appreciable benthic sulfide stress. Finally, unlike proxies based on redox-sensitive trace-metal abundances, iron geochemical data do not show a statistically significant change in oxygen content through the Ediacaran and Cambrian periods, sharply constraining the magnitude of the end-Proterozoic oxygen increase. Indeed, this re-analysis of trace-metal data is consistent with oxygenation continuing well into the Palaeozoic era. Therefore, if changing redox conditions facilitated animal diversification, it did so through a limited rise in oxygen past critical functional and ecological thresholds, as is seen in modern oxygen minimum zone benthic animal communities.

We review recent observations and models concerning the dynamics of Cryogenian global glaciation and their biological consequences.

The Third Way Because organic carbon contains a larger fraction of the light isotope 12 C than inorganic carbonate, variations in the carbon isotopic record of sedimentary rocks are thought to represent changes in the amount of organic carbon buried as sediments (and thus removed from the rest of the carbon cycle). Schrag et al. (p. 540 ; see the Perspective by Canfield and Kump ) suggest that historically a third component was important: authigenic carbonate. Authigenic carbonate is not produced in any appreciable quantity today, but was much more abundant when the level of atmospheric oxygen was low.

Research Article| May 01, 2015 A Cryogenian chronology: Two long-lasting synchronous Neoproterozoic glaciations Alan D. Rooney; Alan D. Rooney 1Department of Earth and Planetary Sciences, Harvard University, Cambridge, Massachusetts 02138, USA Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Justin V. Strauss; Justin V. Strauss 1Department of Earth and Planetary Sciences, Harvard University, Cambridge, Massachusetts 02138, USA Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Alan D. Brandon; Alan D. Brandon 2Department of Earth and Atmospheric Sciences, University of Houston, Houston, Texas 77204, USA Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Francis A. Macdonald Francis A. Macdonald 1Department of Earth and Planetary Sciences, Harvard University, Cambridge, Massachusetts 02138, USA Search for other works by this author on: GSW Google Scholar Author and Article Information Alan D. Rooney 1Department of Earth and Planetary Sciences, Harvard University, Cambridge, Massachusetts 02138, USA Justin V. Strauss 1Department of Earth and Planetary Sciences, Harvard University, Cambridge, Massachusetts 02138, USA Alan D. Brandon 2Department of Earth and Atmospheric Sciences, University of Houston, Houston, Texas 77204, USA Francis A. Macdonald 1Department of Earth and Planetary Sciences, Harvard University, Cambridge, Massachusetts 02138, USA Publisher: Geological Society of America Received: 09 Dec 2014 Revision Received: 05 Mar 2015 Accepted: 05 Mar 2015 First Online: 09 Mar 2017 Online ISSN: 1943-2682 Print ISSN: 0091-7613 © 2015 Geological Society of America Geology (2015) 43 (5): 459–462. https://doi.org/10.1130/G36511.1 Article history Received: 09 Dec 2014 Revision Received: 05 Mar 2015 Accepted: 05 Mar 2015 First Online: 09 Mar 2017 Cite View This Citation Add to Citation Manager Share Icon Share Facebook Twitter LinkedIn Email Permissions Search Site Citation Alan D. Rooney, Justin V. Strauss, Alan D. Brandon, Francis A. Macdonald; A Cryogenian chronology: Two long-lasting synchronous Neoproterozoic glaciations. Geology 2015;; 43 (5): 459–462. doi: https://doi.org/10.1130/G36511.1 Download citation file: Ris (Zotero) Refmanager EasyBib Bookends Mendeley Papers EndNote RefWorks BibTex toolbar search Search Dropdown Menu toolbar search search input Search input auto suggest filter your search All ContentBy SocietyGeology Search Advanced Search Abstract The snowball Earth hypothesis predicts globally synchronous glaciations that persisted on a multimillion year time scale. Geochronological tests of this hypothesis have been limited by a dearth of reliable age constraints bracketing these events on multiple cratons. Here we present four new Re-Os geochronology age constraints on Sturtian (717–660 Ma) and Marinoan (635 Ma termination) glacial deposits from three different paleocontinents. A 752.7 ± 5.5 Ma age from the base of the Callison Lake Formation in Yukon, Canada, confirms nonglacial sedimentation on the western margin of Laurentia between ca. 753 and 717 Ma. Coupled with a new 727.3 ± 4.9 Ma age directly below the glacigenic deposits of the Grand Conglomerate on the Congo craton (Africa), these data refute the notion of a global ca. 740 Ma Kaigas glaciation. A 659.0 ± 4.5 Ma age directly above the Maikhan-Uul diamictite in Mongolia confirms previous constraints on a long duration for the 717–660 Ma Sturtian glacial epoch and a relatively short nonglacial interlude. In addition, we provide the first direct radiometric age constraint for the termination of the Marinoan glaciation in Laurentia with an age of 632.3 ± 5.9 Ma from the basal Sheepbed Formation of northwest Canada, which is identical, within uncertainty, to U-Pb zircon ages from China, Australia, and Namibia. Together, these data unite Re-Os and U-Pb geochronological constraints and provide a refined temporal framework for Cryogenian Earth history. You do not have access to this content, please speak to your institutional administrator if you feel you should have access.

Abstract The snowball Earth hypothesis predicts that low-latitude glaciation lasted millions of years while CO2 built up to critical levels to culminate in catastrophic deglaciation in a supergreenhouse climate. The Gaskiers Formation of eastern Newfoundland (Canada) has been attributed to a snowball glaciation event, but the lack of robust paleomagnetic data and precise geochronological constraints has precluded tests of the hypothesis. Here we present high-precision U-Pb zircon geochronology (chemical abrasion–isotope dilution–thermal ionization mass spectrometry) from eight tuffs from multiple distant stratigraphic sections that bracket glacial diamictites and the first appearance of large Ediacaran fossils. Including internal error, deposition of the Gaskiers diamictite on the Avalon Peninsula is constrained to have been between 580.90 ± 0.40 and 579.88 ± 0.44 Ma, and the Trinity diamictite on Bonavista Peninsula was deposited between 579.63 ± 0.15 and 579.24 ± 0.17 Ma. Assuming approximately synchronous deglaciation, these results imply a maximum duration for deposition of the Trinity diamictite of ≤340 k.y.; this is inconsistent with the multimillion year duration predicted by the snowball Earth hypothesis. Our geochronologic data also constrain the first appearance datum of Ediacaran fossils to <9.5 m.y. after the Gaskiers glaciation. Thus, despite existing paleomagnetic constraints that indicate that marine ice sheets extended to low to middle latitudes, it appears that Earth narrowly escaped a third Neoproterozoic snowball glaciation just prior to the late Ediacaran expansion of metazoan ecosystems.

Significance The causal mechanisms of global glaciations are poorly understood. The transition to a Neoproterozoic Snowball Earth after more than 1 Gy without glaciation represents the most dramatic episode of climate change in the geological record. Here we present new Re-Os geochronology, which, together with existing U-Pb ages, reveal that the glacial period in northwest Canada lasted ∼55 My. Additionally, we present an original method to track tectonic influences on these climatic perturbations with a high-resolution coupled Os-Sr isotope curve across the transition from an ice-free world to a Neoproterozoic Snowball Earth. The data indicate that increases in mantle-derived, juvenile material emplaced onto continents and subsequently weathered into the oceans led to enhanced consumption and sequestration of CO 2 into sediments.

On multimillion-year time scales, Earth has experienced warm ice-free and cold glacial climates, but it is unknown whether transitions between these background climate states were the result of changes in carbon dioxide sources or sinks. Low-latitude arc-continent collisions are hypothesized to drive cooling by exhuming and eroding mafic and ultramafic rocks in the warm, wet tropics, thereby increasing Earth's potential to sequester carbon through chemical weathering. To better constrain global weatherability through time, the paleogeographic position of all major Phanerozoic arc-continent collisions was reconstructed and compared to the latitudinal distribution of ice sheets. This analysis reveals a strong correlation between the extent of glaciation and arc-continent collisions in the tropics. Earth's climate state is set primarily by global weatherability, which changes with the latitudinal distribution of arc-continent collisions.

Abstract A geologically rapid Neoproterozoic oxygenation event is commonly linked to the appearance of marine animal groups in the fossil record. However, there is still debate about what evidence from the sedimentary geochemical record—if any—provides strong support for a persistent shift in surface oxygen immediately preceding the rise of animals. We present statistical learning analyses of a large dataset of geochemical data and associated geological context from the Neoproterozoic and Palaeozoic sedimentary record and then use Earth system modelling to link trends in redox-sensitive trace metal and organic carbon concentrations to the oxygenation of Earth’s oceans and atmosphere. We do not find evidence for the wholesale oxygenation of Earth’s oceans in the late Neoproterozoic era. We do, however, reconstruct a moderate long-term increase in atmospheric oxygen and marine productivity. These changes to the Earth system would have increased dissolved oxygen and food supply in shallow-water habitats during the broad interval of geologic time in which the major animal groups first radiated. This approach provides some of the most direct evidence for potential physiological drivers of the Cambrian radiation, while highlighting the importance of later Palaeozoic oxygenation in the evolution of the modern Earth system.