在新元古代的斯圖爾特冰河時期，地球經歷了全球冰封的時期，這些時期被描述為「滾石地球」或「融雪球地球」情境。
在滾石地球模型中，地球被冰完全覆蓋了約 5600 萬年。在融雪球模型中，熱帶地區仍存在部分薄冰、零散冰層，甚至開闊水域。
然而，這些模型與地質和生物學證據之間存在一些不一致之處。
一項發表在《美國國家科學院院刊》上的研究提出了一個新模型，解釋了這些不一致之處。
該新模型認為，在斯圖爾特時期，冰河期與溫暖期的循環比持續的冰封時期更能解釋現況。
導致冰河期的全球氣溫劇烈波動與碳和氧循環有關。
另一個較晚的冰河時期，稱為馬里諾安時期，僅持續了約 400 萬年，遠短於斯圖爾特時期。
研究作者指出，作為碳匯的矽酸鹽風化作用在冰河期會顯著減慢甚至停止。
然後火山 CO2 會累積，直到達到一個閾值，冰川開始融化。
該團隊表示，這個循環的時間尺度約為 400 萬年，在融雪球情境下甚至更短——這與馬里諾安時期一致，但不符合斯圖爾特冰河時期。
此外，在長期的冰河期中，氧氣會被消耗殆盡，應該在 5600 萬年的全球冰蓋覆蓋期結束很久之前就完全耗盡。
然而，一些生命形式在斯圖爾特冰河時期得以存續。
「預測的 pCO2 演變與觀察到的冰河期持續時間之間的失配，以及預測的 pO2 演變與觀察到的同位素和生物記錄之間的失配，促使我們為新元古代冰河期問題尋找替代解決方案，」研究作者寫道。
為了找到一個更符合與斯圖爾特時期相關的地質和生物學觀測的模型，研究人員使用了一個耦合箱模型來模擬地球的氣候、碳和氧循環。
他們測試了一系列火山活動、風化速率以及富蘭克林大型火成岩省（LIP）規模的參數。
富蘭克林大型火成岩省是加拿大北極地區的一個大型火成岩省，研究人員認為它可能通過消耗大量二氧化碳的顯著風化作用，觸發了全球冰河期。
「大型火成岩省增強的風化作用長期以來被認為是地質時期重要的氣候驅動因素。
富蘭克林大型火成岩省約在 7.17 億年前形成，與斯圖爾特冰河期的開始時間大致吻合（在 1 到 2 百萬年內），並且可能提供了足夠數量的が新鮮玄武岩來降低 CO2 並引發全球冰河期，」研究作者說。
該團隊的模型顯示，富蘭克林大型火成岩省的風化作用觸發了反覆的冰河期循環，其中當冰河期期間大型火成岩省風化作用停止時，CO2 會累積，然後 CO2 會再次被風化作用消耗。
根據該模型，這些「極限循環」使得在觀察到的 5600 萬年持續時間內發生了反覆的冰河期，並解釋了氧氣以及生命如何得以存續。
該團隊寫道：「如果富蘭克林大型火成岩省只有一部分在最初的滾石地球開始時被風化，那麼剩餘的玄武岩體積在解凍後仍可供風化，在冰期間的溫室氣候中重新啟動 CO2 消耗，直到觸發另一次滾石地球事件，循環重複。
這種在氣候極端之間的來回循環將持續下去，直到富蘭克林的風化能力（即未風化的玄武岩）耗盡為止。」
雖然新模型有些簡化，未能捕捉所有可能的生物地球化學過程，但它對滾石地球和融雪球地球解釋中一些懸而未決的不一致之處提出了令人信服的解釋。
該團隊表示，理解地球上反覆的滾石地球事件如何發生，也有助於科學家理解類地系外行星上類似的事件。