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La limite froide |
Ce qui permet à la Terre de garder son eau liquide est un équilibre subtile entre le flux solaire qu'elle reçoit et le flux thermique qu'elle émet, fonction notamment de sa température.
Prenez la Terre et éloignez la du Soleil. Le flux solaire qu'elle reçoit va diminuer, impliquant une baisse directe de la température à sa surface. De ce fait, de la glace et de la neige supplémentaires vont se former et donc augmenter le pouvoir réfléchissant - appelé aussi "albédo" - de la surface. Un dépôt de neige peut être par exemple jusqu'à 10 fois plus réfléchissant qu'une étendue d'eau liquide. Ainsi, le flux solaire absorbé diminuera de plus belle, conduisant à des températures encore plus basses ...
On représente ci-dessous une simulation de la Terre, éloignée soudainement de 11% du Soleil. Après 20 ans, et via le mécanisme déstabilisant de "Runaway glaciation" (glaciation galopante) présenté ici, la Terre est complètement gelée.
avec d la distance Terre-Soleil ) égal à 80% de sa valeur actuelle. Au bout de 20 ans, la planète est entièrement recouverte de glace.
Si la Terre, par ce phénomène de "Runaway Glaciation", finit par être complètement recouverte de glace, alors on dit qu'elle est entrée dans l'état "Terre Boule de Neige" ou aussi "Snowball Earth". Dans cet état, les températures à la surface de la Terre sont très froides, et l'albédo élevé de la glace/neige conduit la Terre à réfléchir une grande partie du flux solaire qu'elle reçoit.
Si on réexpose la Terre gelée au flux solaire qu'elle reçoit actuellement, elle restera gelée, suivant un phénomène d'hysteresis. Ainsi, pour un même flux solaire, la Terre peut être dans deux états d'équilibre différents ! Pour que la Terre Boule de Neige retrouve son état actuel, il faut qu'un ingrédient supplémentaire entre en jeu, comme par exemple une augmentation des gaz à effets de serre ...
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et 
- du bilan radiatif simplifié de la Terre, avec 
l'albédo planétaire et 
le flux solaire reçu. Il existe alors trois solutions possibles. La première, stable, correspond à une température clémente. C'est l'état dans lequel se trouve la Terre aujourd'hui. La seconde, instable, n'existe pas physiquement. La troisième, stable, correspond à une température froide. Dans cet état, l'albédo de la planète est très élevé, car celle-ci est recouverte de neige et de glace. On appelle cet état la "Terre boule de neige" ou aussi "Snowball Earth".