CO TO JEST EPOKA LODOWCOWA?

Send

Naukowcy od pewnego czasu wiedzą, że Ziemia przechodzi cykle zmian klimatu. Ze względu na zmiany na orbicie Ziemi, czynniki geologiczne i / lub zmiany mocy słonecznej, Ziemia czasami doświadcza znacznego zmniejszenia temperatury powierzchni i atmosfery. Powoduje to długotrwałe okresy zlodowacenia lub, co bardziej potocznie nazywane jest „epoką lodowcową”.

Okresy te charakteryzują się wzrostem i rozszerzaniem się pokryw lodowych na powierzchni Ziemi, co następuje co kilka milionów lat. Z definicji wciąż znajdujemy się w ostatniej wielkiej epoce lodowcowej - która rozpoczęła się w późnej epoce pliocenu (ok. 2,58 miliona lat temu) - i obecnie znajdujemy się w okresie interglacjalnym, charakteryzującym się odwrotem lodowców.

Definicja:

Chociaż termin „epoka lodowcowa” jest czasem używany w sposób swobodny w odniesieniu do zimnych okresów w historii Ziemi, wydaje się, że wierzy się w złożoność okresów lodowcowych. Najdokładniejszą definicją byłoby, że epoki lodowcowe to okresy, w których pokrywy lodowe i lodowce rozszerzają się na całej planecie, które odpowiadają znaczącym spadkom temperatur globalnych i mogą trwać miliony lat.

W epoce lodowcowej istnieją znaczne różnice temperatur między równikiem a biegunami, a także wykazano, że spadają temperatury na poziomach głębinowych. Pozwala to na rozszerzanie się dużych lodowców (porównywalnych z kontynentami), obejmujących znaczną część powierzchni planety. Od epoki przedkambryjskiej (około 600 milionów lat temu) epoki lodowcowe występowały w szerokich odstępach czasu około 200 milionów lat.

Historia studiów:

Pierwszym naukowcem, który teoretyzował o minionych okresach lodowcowych, był XVIII-wieczny szwajcarski inżynier i geograf Pierre Martel. W 1742 r., Odwiedzając dolinę alpejską, pisał o rozproszeniu dużych skał w nieregularnych formacjach, które miejscowi przypisywali lodowcom, które kiedyś rozszerzyły się znacznie dalej. Podobne wyjaśnienia zaczęły pojawiać się w kolejnych dziesięcioleciach dla podobnych wzorów rozmieszczenia głazów w innych częściach świata.

Od połowy XVIII wieku europejscy uczeni zaczęli coraz częściej rozważać lód jako środek transportu materiału skalnego. Obejmowało to obecność głazów na obszarach przybrzeżnych w krajach bałtyckich i na Półwyspie Skandynawskim. Jednak to duńsko-norweski geolog Jens Esmark (1762–1839) jako pierwszy argumentował istnienie sekwencji epok lodowcowych na całym świecie.

Teorię tę szczegółowo opisano w artykule opublikowanym w 1824 r., W którym zaproponował, że zmiany klimatu na Ziemi (spowodowane zmianami na jego orbicie) są odpowiedzialne. Następnie w 1832 r. Niemiecki geolog i profesor leśnictwa Albrecht Reinhard Bernhardi spekulował na temat tego, jak polarne pokrywy lodowe mogły kiedyś dotrzeć do stref umiarkowanych świata.

W tym samym czasie niemiecki botanik Karl Friedrich Schimper i szwajcarsko-amerykański biolog Louis Agassiz zaczęli samodzielnie opracowywać własną teorię o zlodowaceniu globalnym, co doprowadziło do tego, że w 1837 r. Szimper stworzył termin „epoka lodowcowa”. Pod koniec XIX wieku teoria epoki lodowcowej stopniowo zaczął zyskać powszechną akceptację w związku z poglądem, że Ziemia stopniowo schładza się ze swojego pierwotnego stanu stopionego.

W XX wieku serbski polimath Milutin Milankovic opracował swoją koncepcję cykli Milankovica, która łączyła długoterminowe zmiany klimatu z okresowymi zmianami na orbicie Ziemi wokół Słońca. Stanowiło to możliwe do wyjaśnienia wyjaśnienie epok lodowcowych i pozwoliło naukowcom przewidywać, kiedy ponownie mogą wystąpić znaczące zmiany klimatu Ziemi.

Dowody na epokę lodowcową:

Istnieją trzy formy dowodów na teorię epoki lodowcowej, od geologicznej i chemicznej do paleontologicznej (tj. Zapis kopalny). Każda z nich ma swoje szczególne zalety i wady i pomogła naukowcom w zrozumieniu ogólnego wpływu epoki lodowcowej na zapis geologiczny w ciągu ostatnich kilku miliardów lat.

Geologiczny: Dowody geologiczne obejmują szorowanie i drapanie skał, rzeźbione doliny, tworzenie osobliwych rodzajów grzbietów oraz odkładanie się niesolidnego materiału (moren) i dużych skał w nieregularnych formacjach. Chociaż tego rodzaju dowody doprowadziły przede wszystkim do teorii epoki lodowcowej, pozostają temperamentalne.

Po pierwsze, kolejne okresy zlodowacenia mają różny wpływ na region, który z czasem zniekształca lub usuwa dane geologiczne. Ponadto dowody geologiczne są trudne do tej pory, co powoduje problemy, jeśli chodzi o uzyskanie dokładnej oceny tego, jak długo trwały okresy lodowcowe i interglacjalne.

Chemiczny: Obejmuje to głównie zmiany w proporcjach izotopów w skamielinach odkrytych w próbkach osadów i skał. W przypadku nowszych okresów lodowcowych rdzenie lodowe są wykorzystywane do budowy globalnego rekordu temperatury, głównie z powodu obecności cięższych izotopów (co prowadzi do wyższych temperatur parowania). Często zawierają one również pęcherzyki powietrza, które są badane w celu oceny składu atmosfery w tym czasie.

Ograniczenia wynikają jednak z różnych czynników. Najważniejsze z nich to stosunki izotopowe, które mogą mieć mylący wpływ na dokładne datowanie. Jednak w odniesieniu do ostatnich okresów zlodowacenia i międzyglodowości (tj. W ciągu ostatnich kilku milionów lat) próbki rdzenia lodowego i osadu oceanicznego pozostają najbardziej zaufaną formą dowodów.

Paleontologiczny: Dowody te obejmują zmiany w geograficznym rozmieszczeniu skamielin. Zasadniczo organizmy, które dobrze się rozwijają w cieplejszych warunkach wygasają w okresach lodowcowych (lub stają się silnie ograniczone w niższych szerokościach geograficznych), podczas gdy organizmy przystosowane do zimna rozwijają się w tych samych szerokościach geograficznych. Ergo, zmniejszona ilość skamielin na wyższych szerokościach geograficznych wskazuje na rozprzestrzenianie się lodowców lodowych.

Dowody te mogą być również trudne do interpretacji, ponieważ wymagają, aby skamieliny były odpowiednie dla badanego okresu geologicznego. Wymaga to również, aby osady w szerokich zakresach szerokości geograficznych i długich okresach wykazywały wyraźną korelację (z powodu zmian w skorupie ziemskiej w czasie). Ponadto istnieje wiele starożytnych organizmów, które wykazywały zdolność przetrwania zmian warunków przez miliony lat.

W rezultacie naukowcy polegają na połączonym podejściu i wielu liniach dowodowych tam, gdzie to możliwe.

Przyczyny epok lodowcowych:

Naukowy konsensus jest taki, że kilka czynników przyczynia się do nadejścia epok lodowcowych. Należą do nich zmiany orbity Ziemi wokół Słońca, ruch płyt tektonicznych, zmiany mocy Słońca, zmiany składu atmosferycznego, aktywność wulkaniczna, a nawet wpływ dużych meteorytów. Wiele z nich jest ze sobą powiązanych, a dokładna rola każdej gry podlega dyskusji.

Orbita Ziemi: Zasadniczo orbita Ziemi wokół Słońca podlega cyklicznym zmianom w czasie, zjawisko znane również jako cykle Milankovica (lub Milankovitcha). Charakteryzują się one zmieniającymi się odległościami od Słońca, precesją osi Ziemi i zmieniającym się nachyleniem osi Ziemi - wszystko to skutkuje redystrybucją światła słonecznego odbieranego przez Ziemię.

Najbardziej przekonujące dowody na wymuszenie orbitalne Milankovica ściśle odpowiadają najnowszemu (i przebadanemu) okresowi w historii Ziemi (około 400 000 lat). W tym okresie czas zlodowacenia i interglacjałów jest tak bliski zmianom w okresach wymuszania orbity Milankovica, że jest to najbardziej akceptowane wyjaśnienie ostatniej epoki lodowcowej.

Płyty tektoniczne:Zapis geologiczny pokazuje pozorną korelację między początkiem epoki lodowcowej a pozycjami kontynentów ziemskich. W tych okresach znajdowali się w pozycjach, które zakłócały lub blokowały przepływ ciepłej wody do biegunów, umożliwiając w ten sposób tworzenie się pokryw lodowych.

To z kolei zwiększyło albedo Ziemi, co zmniejsza ilość energii słonecznej pochłoniętej przez ziemską atmosferę i skorupę. Spowodowało to powstanie pętli pozytywnego sprzężenia zwrotnego, gdzie postęp pokrywy lodowej jeszcze bardziej zwiększył albedo Ziemi i pozwolił na więcej chłodzenia i zlodowacenia. Trwałoby to do momentu, gdy efekt cieplarniany zakończy okres zlodowacenia.

Na podstawie epok lodowcowych z przeszłości zidentyfikowano trzy konfiguracje, które mogą prowadzić do epoki lodowcowej - kontynent siedzi na szczycie bieguna Ziemi (tak jak dzisiaj Antarktyda); morze polarne jest śródlądowe (tak jak dziś Ocean Arktyczny); oraz superkontynent obejmujący większość równika (tak jak Rodinia w okresie kriogenicznym).

Ponadto niektórzy naukowcy uważają, że łańcuch górski w Himalajach, który powstał 70 milionów lat temu, odegrał ważną rolę w ostatniej epoce lodowcowej. Zwiększając całkowite opady na Ziemi, zwiększył również szybkość usuwania CO² z atmosfery (zmniejszając w ten sposób efekt cieplarniany). Jego istnienie było także równoznaczne z długoterminowym spadkiem średniej temperatury Ziemi w ciągu ostatnich 40 milionów lat.

Skład atmosferyczny: Istnieją dowody na to, że poziom gazów cieplarnianych spada wraz z postępem pokrywy lodowej i rośnie wraz z cofaniem się. Zgodnie z hipotezą „Śnieżka Ziemia”, w której lód przynajmniej lub prawie całkowicie pokrył planetę przynajmniej raz w przeszłości, epoka lodowcowa późnego proterozoiku zakończyła się wzrostem poziomu CO2 w atmosferze, co przypisano wulkanicznej erupcje.

Są jednak tacy, którzy sugerują, że podwyższony poziom dwutlenku węgla mógł służyć raczej jako mechanizm sprzężenia zwrotnego niż przyczyna. Na przykład w 2009 r. Międzynarodowy zespół naukowców opracował badanie zatytułowane „Ostatnie maksimum lodowcowe” - które wskazało, że wzrost natężenia promieniowania słonecznego (tj. Energii pochłoniętej przez Słońce) zapewnił początkową zmianę, podczas gdy gazy cieplarniane stanowiły wielkość zmiany.

Główne epoki lodowcowe:

Naukowcy ustalili, że w historii Ziemi miało miejsce co najmniej pięć dużych epok lodowych. Należą do nich epoki lodowcowe Huron, Kriogen, Sahary Andyjskiej, Karoo i Qauternary. Hurońska epoka lodowcowa jest datowana na wczesny eon protzerozoiczny, około 2,4 do 2,1 miliarda lat temu, na podstawie dowodów geologicznych zaobserwowanych na północy i północnym wschodzie jeziora Huron (i skorelowanych ze złożami znalezionymi w Michigan i Australii Zachodniej).

Epoka lodowcowa kriogeniczna trwała od około 850 do 630 milionów lat temu i była prawdopodobnie najcięższa w historii Ziemi. Uważa się, że w tym okresie lodowe pokrywy lodowe dotarły do równika, co doprowadziło do scenariusza „Snowball Earth”. Uważa się również, że zakończyło się to z powodu nagłego wzrostu aktywności wulkanicznej, który wywołał efekt cieplarniany, chociaż (jak wspomniano) jest to przedmiotem dyskusji.

Epoka lodowcowa andyjsko-saharyjska miała miejsce w późnym ordowiku i okresie syluru (około 460 do 420 milionów lat temu). Jak sama nazwa wskazuje, dowody tutaj oparte są na próbkach geologicznych pobranych z pasma górskiego Tassili n'Ajjer na zachodniej Saharze i skorelowane z dowodami uzyskanymi z łańcucha górskiego Andów w Ameryce Południowej (jak również na Półwyspie Arabskim i na południu Dorzecze Amazonki).

Epoka lodowcowa w Karoo jest przypisywana ewolucji roślin lądowych podczas początku okresu dewońskiego (ok. 360–260 mln lat temu), co spowodowało długoterminowy wzrost planetarnego poziomu tlenu i obniżenie poziomu CO² - prowadząc do globalnego chłodzenie. Nazwa pochodzi od złóż osadowych odkrytych w regionie Karoo w Południowej Afryce, a powiązane dowody znaleziono w Argentynie.

Obecna epoka lodowcowa, znana jako zlodowacenie plioceńsko-czwartorzędowe, rozpoczęła się około 2,58 miliona lat temu w późnym pliocenie, kiedy zaczęło się rozprzestrzenianie pokrywy lodowej na półkuli północnej. Od tego czasu świat doświadczył kilku okresów zlodowacenia i interglacjałów, w których pokrywy lodowe przesuwają się i wycofują w skalach czasowych od 40 000 do 100 000 lat.

Ziemia znajduje się obecnie w okresie interglacjalnym, a ostatni okres lodowcowy zakończył się około 10 000 lat temu. To, co pozostało z lądolodów kontynentalnych, które kiedyś rozciągały się na całym świecie, jest teraz ograniczone do Grenlandii i Antarktydy, a także mniejszych lodowców - takich jak ta, która pokrywa wyspę Baffin.

Antropogeniczne zmiany klimatu:

Dokładna rola, jaką odgrywają wszystkie mechanizmy przypisywane epokom lodowcowym - tj. Wymuszanie orbitalne, wymuszanie słoneczne, aktywność geologiczna i wulkaniczna - nie są jeszcze w pełni zrozumiałe. Biorąc jednak pod uwagę rolę emisji dwutlenku węgla i innych gazów cieplarnianych, w ostatnich dziesięcioleciach pojawiło się wiele obaw, jakie długoterminowe skutki będzie miała działalność ludzka na planetę.

Na przykład, w co najmniej dwóch głównych epokach lodowcowych, Wieki Lodowe Kriogeniczne i Karoo, wzrosty i spadki atmosferycznych gazów cieplarnianych odgrywały ważną rolę. We wszystkich innych przypadkach, w których uważa się, że wymuszenie orbitalne jest główną przyczyną zakończenia epoki lodowcowej, zwiększone emisje gazów cieplarnianych były nadal odpowiedzialne za ujemne sprzężenie zwrotne, które doprowadziło do jeszcze większego wzrostu temperatury.

Dodanie CO2 przez działalność człowieka również odegrało bezpośrednią rolę w zmianach klimatycznych zachodzących na całym świecie. Obecnie spalanie paliw kopalnych przez ludzi stanowi największe na świecie źródło emisji dwutlenku węgla (około 90%), który jest jednym z głównych gazów cieplarnianych, który umożliwia wymuszanie radiacyjne (inaczej efekt cieplarniany).

W 2013 r. National Oceanic and Atmospheric Administration ogłosiło, że poziomy CO² w górnej atmosferze osiągnęły 400 części na milion (ppm) po raz pierwszy od rozpoczęcia pomiarów w XIX wieku. Na podstawie obecnego tempa wzrostu emisji NASA szacuje, że poziomy węgla mogą osiągnąć od 550 do 800 ppm w nadchodzącym stuleciu.

W takim przypadku NASA przewiduje wzrost średnich temperatur globalnych o 2,5 ° C (4,5 ° F), co byłoby zrównoważone. Jeśli jednak ten drugi scenariusz okaże się prawdą, globalne temperatury wzrosną średnio o 4,5 ° C (8 ° F), co uniemożliwiłoby życie wielu częściom planety. Z tego powodu poszukuje się alternatyw dla rozwoju i szerokiej komercyjnej adopcji.

Co więcej, według badań z 2012 roku opublikowanych w Nature Geoscience- zatytułowany „Określanie naturalnej długości obecnego interglacjału” - oczekuje się, że emisje CO² przez ludzi będą również opóźniać następną epokę lodowcową. Wykorzystując dane na orbicie Ziemi do obliczenia długości okresów międzyglodowawczych, zespół badawczy doszedł do wniosku, że następny lód (oczekiwany za 1500 lat) wymagałby, aby poziomy CO² w atmosferze pozostawały poniżej około 240? Ppm.

Dowiedz się więcej o dłuższych epokach lodowcowych, a także o krótszych okresach zlodowacenia, które miały miejsce w przeszłości Ziemi, jest ważnym krokiem w kierunku zrozumienia zmian klimatu na Ziemi w czasie. Jest to szczególnie ważne, ponieważ naukowcy starają się ustalić, ile współczesnych zmian klimatu jest spowodowanych przez człowieka i jakie możliwe środki zaradcze można opracować.

Napisaliśmy wiele artykułów o Epoce Lodowcowej dla Magazynu Kosmicznego. Oto nowe badanie ujawnia małą epokę lodowcową napędzaną przez wulkanizm, czy zabójcza asteroida doprowadziła planetę do epoki lodowcowej?

Jeśli chcesz uzyskać więcej informacji na temat Ziemi, zapoznaj się z Przewodnikiem eksploracji Układu Słonecznego NASA na Ziemi. A oto link do Obserwatorium Ziemi NASA.

Nagraliśmy także odcinek Astronomy Cast o planecie Ziemia. Posłuchaj tutaj, odcinek 51: Ziemia i odcinek 308: zmiany klimatu.

Źródło: