Что вызывает ледниковый период?
Что заставляет ледяные щиты и ледники расширяться? Несмотря на то, что фильмы могут показывать это как простое и быстрое явление, ледниковые периоды обусловлены сложным и взаимосвязанным набором факторов. Вот руководство по ключевым вопросам и ответам, чтобы попытаться лучше понять этот чрезвычайно важный геологический процесс.
Что такое ледниковый период?
Давайте начнем с основ.
В течение длительных периодов времени температура Земли колеблется между холодной фазой (ледниковый период) и более теплой межледниковой фазой.
Ледниковый период - это время, когда значительное количество воды Земли заперто на суше в континентальных ледниках. Во время последнего ледникового периода , который закончился около 12 000 лет назад, огромные ледяные массы покрывали огромные участки земли, в которых сейчас живут миллионы людей. Канада и север США были полностью покрыты льдом, как и вся Северная Европа и Северная Азия. В Европе Великобритания была связана с остальной частью континента через область, называемую Доггерлэнд, и в среднем средняя температура Земли была примерно на 12 градусов по Фаренгейту (6 градусов Цельсия) ниже, чем сегодня.
В настоящее время Земля находится в межледниковом периоде - короткий теплый период между ледниковыми периодами. Земля колебалась между длинными ледниковыми периодами и более короткими межледниковыми периодами в течение приблизительно 2,6 миллионов лет. В течение последних миллионов лет это происходило примерно каждые 100 000 лет - около 90 000 лет ледникового периода, за которым следует примерно 10 000 лет межледникового теплого периода.
В течение ледниковых периодов происходят более умеренные и более тяжелые периоды. Более холодные периоды называются ледниковыми периодами, более теплые периоды межледниковыми - это период, в котором мы сейчас живем.
Следует также сказать, что в разных дисциплинах иногда используется разная терминология. В гляциологии ледниковый период подразумевает наличие обширных ледяных щитов как в северном, так и в южном полушариях. В большинстве случаев термин «ледниковый период» относится к геологическому периоду, называемому плейстоценом, который длился от 2 588 000 до 11 700 лет назад. Плейстоцен охватывал самый последний в мире период повторных оледенений - эти оледенения иногда также называют ледниковыми периодами, хотя этот термин является неправильным.
Почему происходит ледниковый период?
Есть много аспектов, связанных с наступлением ледникового периода, но если мы хотим по-настоящему понять это явление, мы должны смотреть за пределы самой Земли и на ее орбиту.
Основная причина ледниковых периодов связана с тем, что называется циклом Миланковича. Цикл Миланковича относится к коллективному влиянию изменений движений Земли на климат в течение тысячелетий. Очень небольшие изменения в орбите Земли сдвигают угол, под которым солнечные лучи падают на Землю. Хотя это может показаться мелочью, на самом деле это оказывает огромное влияние.
Даже небольшие изменения наклона Земли могут изменить температуру планеты на несколько градусов. Когда наклон низкий, ледяные щиты растут, а снег продолжает накапливаться. Когда наклон высокий, ледяные щиты тают. С тех пор наклон достиг максимума в 24,2 градуса (10000 лет назад), в настоящее время наклон Земли составляет примерно 23,5 градуса, и в результате большие ледяные щиты ограничены полярными областями.
Это не просто наклон - другие факторы на орбите Земли могут сыграть свою роль. Три основных орбитальных параметра:
- Эксцентриситет (насколько круглая орбита Земли вокруг Солнца); это изменяется с периодами между 400 000 и 100 000 лет.
- Наклон (насколько наклонена Земля относительно своей орбиты); это варьируется с периодом около 40000 лет.
- Прецессия (изменения расстояния между Солнцем и Землей за один и тот же сезон); это изменяется с периодом приблизительно 23 000 лет и особенно важно вокруг Экватора.
Наличие 3 основных факторов с различными периодами времени приводит к некоторым трудно предсказуемым взаимодействиям, но ледниковые периоды, о которых мы знаем, обычно можно проследить до этих факторов. Цикл в 100 000 лет, по-видимому, является наиболее значительным, и он также совпадает с взаимодействиями между циклами в 40 000 и 20 000 лет - в основном, когда все факторы «объединяются», чтобы сыграть свою роль. Тем не менее это все еще область активных исследований.
Больше к этой истории
Тем не менее на самом деле все не так просто. На самом деле ледниковый период начинается тысячелетиями, и не всегда все четко и ясно.
Ледниковый период начинается, когда летние температуры в северном полушарии не могут подниматься выше нуля в течение многих лет. Это запускает эффект снежного кома: зимний снегопад не тает, не накапливается, не сжимается и со временем начинает уплотнять или оледенять в ледяные щиты. Это еще больше усиливает охлаждение, поскольку снег и лед имеют более высокое альбедо, что означает, что они отражают больше солнечной энергии и еще больше охлаждают.
За тысячи лет эти ледяные щиты начинают накапливаться. Похоже, что они начинаются в северных областях, таких как Канада или Россия, а затем распространяются через северное полушарие. Начало, опять же, связано с циклами Миланковича - но эти изменения в наклоне Земли и сочетании орбит дополняются другими геологическими факторами, способствующими появлению ледниковых периодов.
Когда все эти факторы совпадают, так что летом северное полушарие получает меньше солнечной радиации, у вас есть все ингредиенты, необходимые для ледникового периода.
Ледники характеризуются более прохладным и более сухим климатом на большей части земли и большими массивами суши и морского льда, простирающимися наружу от полюсов. Горные ледники в других областях распространяются на более низкие возвышения из-за более низкой снежной линии.
Может ли быть вовлечено больше факторов?
Черновая картина довольно хорошо прорисована, но некоторые детали все еще отсутствуют. Например, положение континентов, на которое влияет тектоника плит, также может влиять на ледниковые периоды, поскольку они контролируют циркуляцию океанов и атмосферы, что, в свою очередь, влияет на то, как океанские течения переносят тепло в высокие широты.
Состав атмосферы (который также может несколько изменяться в геологическом времени) является еще одним важным параметром.
Ученые из Потсдамского института исследований воздействия на климат (PIK) в Германии показали, что наступление прошлых ледниковых периодов было вызвано главным образом снижением содержания углекислого газа и резким увеличением содержания углекислого газа в атмосфере из-за антропогенных выбросов, вероятно, подавил наступление следующего ледникового периода на срок до 100 000 лет.
«Как никакая другая сила на планете, ледниковые периоды сформировали глобальную среду и тем самым определили развитие человеческой цивилизации», - сказал Ханс Йоахим Шеллнхубер, бывший директор PIK. «Например, мы обязаны своей плодородной почвой последнему ледниковому периоду, который также вырезал сегодняшние пейзажи, оставляя ледники и реки позади, формируя фьорды, морены и озера. Однако сегодня именно человечество с его выбросами от сжигания ископаемого топлива определяет будущее развитие планеты».
Тем не менее хотя некоторые аспекты могут быть более трудными для оценки, общие процессы довольно хорошо поняты.
Какое влияние оказали ледниковые периоды на планету?
Сегодня менее 10% наших континентов покрыты льдом, но в прошлом эта цифра достигала 30%.
Ледниковый период вызвал огромные изменения на поверхности Земли. Ледники не стоят на месте - они изменили ландшафт, собирая камни и почву и разрушая холмы во время их неудержимого толчка, а их огромный вес разрушает земную кору. Поскольку в районах, прилегающих к этим ледяным утесам, температура упала, жизнь растений в холодную погоду была перенесена в южные широты. Эти процессы имеют тенденцию создавать захватывающие пейзажи, которые можно увидеть во многих частях Канады, Скандинавии и Альп.
Между тем, резкое падение уровня моря позволило рекам изрезать более глубокие долины и образовать огромные внутренние озера с ранее затопленными сухопутными мостами, появляющимися между континентами. После отступления в более теплые периоды ледники оставили позади разбросанные гряды осадка и наполнили бассейны талой водой, чтобы создать новые озера.
Во время последнего ледникового периода, который длился примерно от 110 000 до 10 000 лет назад, более низкие уровни моря позволяли людям перемещаться по всему миру. Хотя между Азией и Австралией было еще немного воды, потребовалось всего несколько коротких поездок на каноэ, чтобы доставить первых людей в Австралазию.
Мировые экосистемы также пытаются адаптироваться к этим климатическим изменениям. Некоторые существа выживают и адаптируются, другие нет. Периоды экстремального оледенения оказывают сильное давление на виды, которые разрабатывают приспособления для более холодных или более теплых периодов.
Эволюция человека также связана с колебаниями ледяных щитов.
Откуда мы знаем, что ледниковые периоды случались в прошлом?
У ученых есть множество методов, которые они используют. Свидетельством более поздних ледниковых периодов являются изменения уровня моря в прошлом, что можно увидеть, взглянув на коралловые рифы или современные ландшафты, а также на образцы, сохранившиеся в ледниковом льду на протяжении миллионов лет.
Записи о ледяных кернах предоставляют бесценную информацию об изменениях температуры и парниковых газов за последние 800 000 лет. Если мы хотим вернуться еще дальше в прошлое, свидетельства ледниковых периодов за последние десятки миллионов лет в основном наблюдаются в океанических отложениях.
И для глубокой ледниковой эпохи, которая произошла от десятков до сотен миллионов лет назад, ученые используют геологические данные, в которых история уровня моря и климата может быть раскрыта путем анализа пород разного возраста.
Сколько ледниковых периодов произошло до сих пор?
По крайней мере пять главных ледниковых периодов имели место в истории Земли. К ним относятся гуронский, криогенный, андско-сахарский, каруский и четвертичный ледниковые периоды.
Гуронский ледниковый период датируется ранним протезерозойским эоном, примерно 2,4-2,1 миллиарда лет назад. Криогенный ледниковый период длился от 850 до 630 миллионов лет назад и был, пожалуй, самым суровым в истории Земли. Ледниковый период Анд-Сахары произошел в поздний ордовикский и силурский период (примерно 460–420 миллионов лет назад).
Ледниковый период в Кару объясняется эволюцией наземных растений в начале девонского периода (около 360–260 миллионов лет назад). Нынешний ледниковый период, известный как плиоцен-четвертичное оледенение, начался около 2,58 млн лет назад во время позднего плиоцена, когда началось распространение ледяных щитов в Северном полушарии. С тех пор мир пережил несколько ледниковых и межледниковых периодов.
Приблизительно дюжина крупных оледенений произошла за последний миллион лет, самое большое из которых достигло максимума 650 000 лет назад и длилось 50 000 лет.
Земля в настоящее время находится в межледниковом периоде, и последний ледниковый период закончился около 10000 лет назад. То, что осталось от континентальных ледниковых щитов, которые когда-то простирались по всему земному шару, теперь ограничено Гренландией и Антарктикой, а также более мелкими ледниками.
Что произойдет, если наступит новый ледниковый период?
Хотя мы, возможно, задержали наступление следующего ледникового периода, на данный момент новый будет иметь значительные последствия для человеческой цивилизации. Кроме того, было бы намного холоднее, огромные регионы, где живут сотни миллионов людей, стали бы совершенно непригодными для жизни. Они были бы покрыты толстыми ледяными щитами и подвержены негостеприимному климату.
Было бы намного меньше доступных сельскохозяйственных земель, поэтому было бы очень трудно поддерживать человеческое население. Физическая форма континентов будет выглядеть совершенно по-другому на всей планете. Кроме того, огромное падение уровня моря до 120 метров приведет к закрытию морских каналов - Средиземного моря, пролива Торреса, Басса и Берингова пролива - и создаст новые районы суши, которые можно использовать для жилья или ведения сельского хозяйства.
Тем не менее это не вызывает беспокойства. Как уже упоминалось, наступление ледниковых периодов является геологическим процессом - оно занимает очень много времени и является очень постепенным.
Что приводит нас к нашей последней точке.
Не вините искусственное изменение климата в естественных процессах!
В настоящее время климат в мире накаляется. Это не естественный процесс - есть достаточно и убедительные доказательства того, что этот процесс обусловлен антропогенными выбросами парниковых газов.
Однако, хотя существует научный консенсус по этому вопросу, кампании по дезинформации были успешными в распространении отрицания изменения климата и сомнений. «Изменение климата - это естественно» - один из любимых пунктов отрицания изменения климата, но здесь это не так.
Климат меняется естественным образом, и ледниковые периоды и периоды оледенения являются прекрасными примерами этого. Мы также в настоящее время в фазе потепления. Тем не менее это просто неправильно использовать это в качестве аргумента, чтобы предположить, что нынешнее климатическое отопление является естественным - это не так.