ЩО ТАКЕ ЛЬОДОВИКОВИЙ ПЕРІОД?

Send

Вченим вже деякий час відомо, що Земля проходить цикли кліматичних змін. Завдяки змінам орбіти Землі, геологічних факторів та / або змінам сонячного випромінювання Земля періодично відчуває значне зниження температури поверхні та атмосфери. Це призводить до тривалих періодів зледеніння, або більш розмовно відомих як "крижаний період".

Ці періоди характеризуються зростанням і розширенням крижаних покрив по всій поверхні Землі, що відбувається кожні кілька мільйонів років. За визначенням ми перебуваємо в останньому великому крижаному періоді - який розпочався в епоху пізньої плиоцену (приблизно 2,58 мільйона років тому) - і зараз перебувають у міжльодовиковому періоді, який характеризується відступом льодовиків.

Визначення:

Хоча термін «крижаний вік» колись вживається вживається для позначення холодних періодів в історії Землі, це, як правило, вважає складністю льодовикових періодів. Найточнішим визначенням було б те, що крижані епохи - це періоди, коли крижані покриви та льодовики розширюються по всій планеті, які відповідають значним падінням глобальних температур і можуть тривати мільйони років.

Під час льодового періоду існують значні перепади температур між екватором та полюсами, також показано, що температури на глибоководних рівнях знижуються. Це дозволяє розширюватись великі льодовики (порівнянні з континентами), охоплюючи значну частину поверхні планети. З часів докембрійської епохи (приблизно 600 мільйонів років тому) льодовикові епохи траплялися з ширококосмічними інтервалами приблизно в 200 мільйонів років.

Історія навчання:

Першим вченим, який теоретизував про минулі льодовикові періоди, був швейцарський інженер 18-го століття та географ П’єр Мартель. У 1742 р., Відвідуючи альпійську долину, він писав про розповсюдження великих скель у нестабільних утвореннях, які місцеві жителі відносять до льодовиків, колись простягаючись значно далі. Подібні пояснення почали з'являтися в наступні десятиліття щодо подібних моделей розподілу валунів в інших частинах світу.

З середини 18 століття і надалі європейські вчені все частіше почали розглядати лід як засіб перевезення кам'янистих матеріалів. Сюди входило наявність валунів у прибережних районах Прибалтики та Скандинавського півострова. Однак саме датсько-норвезький геолог Єнс Есмарк (1762–1839) вперше аргументував існування послідовності світових льодових епох.

Ця теорія була детально викладена у публікації, опублікованій у 1824 р., В якій він запропонував зміни клімату Землі (які були зумовлені змінами на її орбіті). Після цього у 1832 році німецький геолог та професор лісового господарства Альбрехт Райнхард Бернарді міркував про те, як колись полярні крижані шапки могли дістатися до помірних зон світу.

У цей самий час німецький ботанік Карл Фрідріх Шимппер та швейцарсько-американський біолог Луїс Агассіс почали самостійно розробляти власну теорію про глобальне зледеніння, що призвело до того, що Шімпер ввів термін «крижаний вік» у 1837 р. До кінця 19 століття теорія крижаного періоду поступово почала набувати широкого визнання через уявлення про те, що Земля поступово охолоджується від свого початкового розплавленого стану.

До 20 століття сербський полімат Мілутін Міланкович розробив свою концепцію циклів Міланковича, яка пов'язувала довгострокові зміни клімату з періодичними змінами орбіти Землі навколо Сонця. Це дало наочне пояснення крижаних епох і дозволило вченим робити прогнози щодо того, коли знову можуть відбутися значні зміни клімату Землі.

Докази для льодовикового віку:

Існує три форми доказів для теорії льодового періоду, які варіюються від геологічних та хімічних до палеонтологічних (тобто записів викопних робіт). Кожен має свої переваги та недоліки, і він допоміг вченим розробити загальне розуміння того, як впливають крижані епохи на геологічні записи за останні кілька мільярдів років.

Геологічні: Геологічні дані включають очищення та подряпини гірських порід, різьблені долини, утворення своєрідних типів хребтів, а також осадження неконсолідованого матеріалу (морени) та великих порід у нестабільних утвореннях. Хоча подібні докази - це те, що призвело в першу чергу до теорії льодового періоду, вона залишається темпераментною.

Для одного, наступні періоди зледеніння по-різному впливають на регіон, який має тенденцію спотворювати або стирати геологічні докази з часом. Окрім того, геологічні докази складно точно дати, що спричиняє проблеми, коли потрібно отримати точну оцінку того, як тривали льодовиковий та міжльодовиковий періоди.

Хімічна: Це значною мірою складається з варіацій співвідношення ізотопів у копальнях, виявлених у зразках осаду та гірських порід. Для більш пізнього льодовикового періоду крижані ядра використовуються для побудови глобального рекорду температури, значною мірою завдяки наявності більш важких ізотопів (які призводять до підвищення температури випаровування). Вони також часто містять бульбашки повітря, які досліджуються для оцінки складу атмосфери в той час.

Однак обмеження виникають через різні фактори. Найважливішим серед них є ізотопні співвідношення, які можуть мати заплутаний вплив на точне датування. Але що стосується останніх льодовикових та міжльодовикових періодів (тобто протягом останніх кількох мільйонів років), зразки крижаного ядра та океанських опадів залишаються найбільш довіреною формою доказів.

Палеонтологічні: Ці дані містяться у зміні географічного розповсюдження копалин. В основному організми, які процвітають у тепліших умовах, вимерли під час льодовикових періодів (або сильно обмежуються у нижчих широтах), тоді як адаптовані до холоду організми процвітають у цих самих широтах. Ерго, зменшена кількість скам’янілостей у більш високих широтах є свідченням поширення льодовикових крижів.

Ці докази також можуть бути важко інтерпретувати, оскільки це вимагає, щоб копалини відповідали геологічному періоду, що вивчається. Він також вимагає, щоб осади в широких межах широт і тривалих періодів часу демонстрували чітку кореляцію (через зміни земної кори в часі). Крім того, існує безліч древніх організмів, які проявили здатність переживати зміни умов протягом мільйонів років.

Як результат, вчені покладаються на комбінований підхід та безліч доказів, де це можливо.

Причини крижаного віку:

Науковий консенсус полягає в тому, що декілька факторів сприяють виникненню крижаних епох. Сюди входять зміни орбіти Землі навколо Сонця, рух тектонічних плит, зміни сонячного виходу, зміни атмосферного складу, вулканічна активність і навіть вплив великих метеоритів. Багато з них взаємопов’язані, і точна роль, яку кожна п'єса підлягає дискусії.

Земна орбіта: По суті, орбіта Землі навколо Сонця з часом змінюється циклічними коливаннями, явищем, відомим також як Міланкович (або Міланович). Для них характерні зміни відстані від Сонця, прецесія осі Землі та мінливий нахил осі Землі - все це призводить до перерозподілу сонячного світла, отриманого Землею.

Найбільш переконливі докази орбітального форсування Міланковича відповідають найбільш останньому (і вивченому) періоду в історії Землі (приблизно протягом останніх 400 000 років). У цей період терміни льодовикового та міжльодовикового періодів настільки близькі до змін періодів форсування орбітальних Міланковичів, що це найбільш поширене пояснення останнього льодовикового періоду.

Тектонічні плити:Геологічний запис показує очевидний взаємозв'язок між настанням льодових епох та положеннями материків Землі. У ці періоди вони опинилися в положеннях, які порушували або блокували надходження теплої води до полюсів, тим самим дозволяючи утворюватися крижаних листів.

Це в свою чергу збільшило земний альбедо, що зменшує кількість сонячної енергії, поглинутої земною атмосферою та земною корою. Це призвело до позитивного зворотного зв’язку, коли просування крижаних листів ще більше збільшило альбедо Землі та дозволило отримати більше охолодження та зледеніння. Це триватиме доти, поки настання парникового ефекту не закінчиться періодом зледеніння.

На основі минулого льодового періоду було виявлено три конфігурації, які можуть призвести до крижаної доби - континент, що сидить на полюсі Землі (як це робить сьогодні Антарктида); полярне море, замикається на суші (як сьогодні Північний Льодовитий океан); і супер континент, що охоплює більшу частину екватора (як це робила Родінія в період кріогенів).

Крім того, деякі вчені вважають, що гімалайський гірський ланцюг - який сформувався 70 мільйонів років тому - відіграв головну роль в останній крижаний період. Збільшуючи загальну кількість опадів Землі, вона також збільшила швидкість виведення CO 2 з атмосфери (тим самим зменшуючи парниковий ефект). Його існування також паралельно тривалому зниженню середньої температури Землі за останні 40 мільйонів років.

Атмосферний склад: Є дані, що рівень викидів парникових газів падає з просуванням льодових покривів і піднімається з їх відступом. Згідно з гіпотезою "Земля сніжних кульок" - в якій лід повністю або майже майже покривав планету хоча б один раз у минулому - крижаний період пізнього протерозою закінчувався збільшенням рівня СО2 в атмосфері, що було віднесено до вулканічного виверження.

Однак є й такі, хто припускає, що підвищений рівень вуглекислого газу може служити механізмом зворотного зв'язку, а не причиною. Наприклад, у 2009 році міжнародна команда вчених підготувала дослідження під назвою "Останній льодовиковий максимум" - вказуючи на те, що збільшення сонячного опромінення (тобто енергії, поглиненої від Сонця) забезпечувало початкові зміни, тоді як парникові гази припадають на величина зміни.

Основні крижані епохи:

Вчені визначили, що принаймні п'ять основних льодових епох відбулося в історії Землі. До них відносяться гуронський, кріогенський, андсько-сахарський, каруоський та четвертинний крижані епохи. Гуронський крижаний період датується ранньопроцерозойським еоном, приблизно 2,4 - 2,1 мільярда років тому, грунтуючись на геологічних даних, що спостерігаються на північ і північний схід від озера Гурон (і пов'язані з родовищами, знайденими в Мічигані та Західній Австралії).

Криогенський крижаний період тривав приблизно від 850 до 630 мільйонів років тому, і був чи не найсуворішим в історії Землі. Вважається, що в цей період льодовикові льодовикові покриви досягли екватора, що призвело до сценарію "Земляний сніг". Вважається також, що це закінчилося через раптове збільшення вулканічної активності, що спричинило парниковий ефект, хоча (як зазначалося) це підлягає дискусії.

Андсько-сахарський льодовиковий період відбувся в період пізнього ордовика та силуру (приблизно від 460 до 420 мільйонів років тому). Як випливає з назви, дані тут ґрунтуються на геологічних зразках, взятих із гірського хребта Тассілі-н'Аджер у західній Сахарі, і співвіднесені доказом, отриманим з гірського ланцюга Анд в Південній Америці (а також з Аравійського півострова та півдня Басейн Амазонки).

Льодовий період Каруо пояснюється еволюцією наземних рослин під час наступу девонського періоду (приблизно 360 - 260 мільйонів років тому), що спричинило довготривале підвищення планетарного рівня кисню та зниження рівня СО2 - що призвело до глобального охолодження. Він названий на честь осадових відкладів, які були виявлені в регіоні Каруо в Південній Африці, з кореляційними доказами, знайденими в Аргентині.

Нинішній льодовиковий період, відомий як пліоцен-четвертинне зледеніння, розпочався приблизно 2,58 мільйона років тому під час пізнього плиоцену, коли розпочалося поширення крижаних покривів у Північній півкулі. З тих пір світ пережив кілька льодовикових та міжльодовикових періодів, коли крижані покриви просуваються та відходять у масштаби часу від 40000 до 100 000 років.

Зараз Земля перебуває у міжльодовиковому періоді, а останній льодовиковий період закінчився приблизно 10 000 років тому. Те, що залишилося від континентальних крижаних покрив, які колись тягнулися по всьому світу, тепер обмежено Гренландією та Антарктикою, а також більш дрібними льодовиками - як той, що охоплює острів Баффін.

Антропогенні зміни клімату:

Точна роль, яку відіграють усі механізми, яким пов'язують крижану епоху - тобто орбітальне форсування, сонячне форсування, геологічна та вулканічна активність - ще не зовсім зрозуміла. Однак, враховуючи роль викидів вуглекислого газу та інших викидів парникових газів, в останні десятиліття існує велика стурбованість тим, які довготермінові наслідки матиме людська діяльність на планету.

Наприклад, щонайменше у двох великих крижаних періодах, криогенському та каруовому крижаному віці, збільшення та зменшення атмосферних парникових газів відіграють головну роль. У всіх інших випадках, коли, як вважають, орбітальні форсування є основною причиною закінчення крижаної доби, збільшення викидів парникових газів все ще відповідало за негативний зворотний зв'язок, який призвів до ще більшого підвищення температури.

Додавання CO2 до діяльності людини також відіграло безпосередню роль у кліматичних змінах, що відбуваються у всьому світі. В даний час спалювання викопного палива людьми є найбільшим джерелом викидів вуглекислого газу (близько 90%) у всьому світі, який є одним з основних парникових газів, що дозволяє здійснювати радіаційне примушення (ака. Парниковий ефект).

У 2013 році Національне управління океанічної та атмосферної атмосфери оголосило, що рівень CO² у верхній атмосфері досягав 400 частин на мільйон (проміле) вперше з моменту початку вимірювань у 19 столітті. Спираючись на поточну швидкість, з якою зростають викиди, NASA підрахує, що рівень вуглецю в найближчому столітті може досягти від 550 до 800 проміле.

У випадку колишнього сценарію НАСА передбачає підвищення середньої глобальної температури на 2,5 ° C (4,5 ° F), що було б стійким. Однак у випадку останнього сценарію глобальні температури піднятимуться в середньому на 4,5 ° C, що зробить життя безперебійним для багатьох частин планети. З цієї причини шукаються альтернативи для розвитку та широкого комерційного прийняття.

Більше того, згідно з дослідженням, проведеним у 2012 році, опублікованому в Природа Геологія- під назвою «Визначення природної довжини поточного міжледника» - очікується також, що викиди CO 2 у людину відкладуть наступну крижану епоху. Використовуючи дані на орбіті Землі для обчислення тривалості міжледовикових періодів, дослідницька група зробила висновок, що для наступного льоду (очікується через 1500 років) потрібно, щоб рівень атмосферного СО2 залишався нижче 240? / Млн.

Дізнатися більше про триваліші крижані епохи, а також про більш короткі льодовикові періоди, що відбулися в минулому Землі, є важливим кроком до розуміння того, як змінюється клімат Землі з часом. Це особливо важливо, оскільки вчені намагаються визначити, яка частина сучасних змін клімату спричинена людиною, і які можливі контрзаходи можна розробити.

Ми написали багато статей про льодовиковий період для космічного журналу. Ось нове дослідження виявляє маленький крижаний період, керований вулканізмом, чи вбивця астероїда загнала планету в крижану епоху? Чи була Земля сльота ?, а Марс вийшов з льодового періоду?

Якщо вам потрібна додаткова інформація про Землю, перегляньте Посібник з дослідження сонячної системи НАСА на Землі. Ось посилання на обсерваторію Землі НАСА

Ми також записали епізод Астрономічної ролі про планету Земля. Слухайте тут, Епізод 51: Земля та Епізод 308: Зміна клімату.

Джерело: