Znanstveniki že nekaj časa vedo, da Zemlja prehaja skozi cikle podnebnih sprememb. Zaradi sprememb v orbiti Zemlje, geoloških dejavnikov in / ali sprememb v sončni energiji ima Zemlja občasno občutno zmanjšanje temperature na površini in atmosfere. To ima za posledico dolgotrajna obdobja ledenikov ali bolj pogostno znana kot "ledena doba".
Za ta obdobja sta značilna rast in širjenje ledenih ploskev po Zemljini površini, ki se pojavita na vsakih nekaj milijonov let. Po definiciji smo še vedno v zadnji veliki ledeni dobi - ki se je začela v pozni pliocenski epohi (približno 2,58 milijona let) - in se trenutno nahaja v medglacialnem obdobju, za katerega je značilno umikanje ledenikov.
Opredelitev:
Medtem ko se izraz 'ledena doba' nekdaj uporablja bojno za označevanje hladnih obdobij v zgodovini Zemlje, to ponavadi verjame v zapletenost ledeniških obdobij. Najbolj natančna definicija bi bila, da so ledene dobe obdobja, ko se ledene plošče in ledeniki razširijo po planetu, ki ustrezajo pomembnim padcem globalnih temperatur in lahko trajajo milijone let.
Med ledeno dobo obstajajo velike temperaturne razlike med ekvatorjem in polovi, pokazalo se je tudi, da se temperature na globokomorskih nivojih znižujejo. To omogoča, da se veliki ledeniki (primerljivi s celinami) razširijo in pokrivajo večji del površine planeta. Od predkambrijske dobe (približno 600 milijonov let nazaj) so se ledene dobe dogajale v široko vesoljskih intervalih približno 200 milijonov let.
Zgodovina študija:
Prvi znanstvenik, ki je teoretiral o preteklih ledeniških obdobjih, je bil švicarski inženir in geograf iz 18. stoletja Pierre Martel. Leta 1742 je med obiskom alpske doline pisal o razpršitvi velikih kamnin v zmotnih formacijah, ki so jih domačini pripisali ledenikom, ki so se nekoč razširili veliko dlje. V naslednjih desetletjih so se začela pojavljati podobna pojasnila za podobne vzorce razporeditve balvanov v drugih delih sveta.
Od sredine 18. stoletja naprej so evropski učenjaki vse bolj začeli razmišljati o ledu kot prevozu skalnega materiala. To je vključevalo prisotnost balvanov v obalnih območjih v baltskih državah in na skandinavskem polotoku. Vendar je dansko-norveški geolog Jens Esmark (1762–1839) prvi zagovarjal obstoj zaporedja svetovne ledene dobe.
Ta teorija je bila podrobno opisana v prispevku, objavljenem leta 1824, v katerem je predlagal, da so spremembe podnebja Zemlje (ki so posledica sprememb v njeni orbiti) odgovorne. Temu je leta 1832 sledil nemški geolog in gozdarski profesor Albrecht Reinhard Bernhardi, ki je špekuliral o tem, kako so polarne ledene kape morda nekoč segale do zmernih svetovnih območij.
V istem času sta nemški botanik Karl Friedrich Schimper in švicarsko-ameriški biolog Louis Agassiz začela samostojno razvijati lastno teorijo o globalnem ledeništvu, zaradi česar je Šimper leta 1837 uvedel izraz "ledena doba". začel dobivati široko sprejemanje nad predstavo, da se je Zemlja postopoma ohlajala iz prvotnega staljenega stanja.
Srbski polimat Milutin Milanković je do 20. stoletja razvil svoj koncept Milankovićevih ciklov, ki so dolgoročne podnebne spremembe povezovali s periodičnimi spremembami Zemljine orbite okoli Sonca. To je ponudilo razložljivo razlago za ledene dobe in znanstvenikom omogočilo napovedi, kdaj se lahko ponovno pojavijo pomembne spremembe v podnebju Zemlje.
Dokazi za ledeno dobo:
Za teorijo ledene dobe obstajajo tri oblike dokazov, ki segajo od geoloških in kemičnih do paleontoloških (to je zapis o fosilih). Vsak ima svoje posebne prednosti in pomanjkljivosti ter je pomagal znanstvenikom, da so razvili splošno razumevanje učinka ledene dobe na geološke evidence zadnjih nekaj milijard let.
Geološki: Geološki dokazi vključujejo čiščenje in praskanje kamnin, izklesane doline, oblikovanje svojevrstnih vrst grebenov in odlaganje nekonsolidiranega materiala (morane) in velikih kamnin v zmotnih formacijah. Medtem ko so tovrstni dokazi v prvi vrsti pripeljali do teorije ledene dobe, ostajajo temperamentni.
Za eno zaporedna obdobja zaledenitve imajo različni vplivi na regijo, kar lahko sčasoma izkrivlja ali izbriše geološke dokaze. Poleg tega je geološke dokaze težko natančno določiti, kar povzroča težave pri natančni oceni, kako dolgo trajajo ledeniška in medgladeška obdobja.
Kemična: To je v veliki meri odstopanja v razmerjih izotopov v fosilih, odkritih v vzorcih usedlin in kamnin. Za novejša ledeniška obdobja se ledena jedra uporabljajo za gradnjo globalnega temperaturnega zapisa, v veliki meri zaradi prisotnosti težjih izotopov (ki vodijo do višjih temperatur izhlapevanja). Pogosto vsebujejo tudi mehurčke zraka, ki jih preučimo za oceno sestave atmosfere v tistem času.
Omejitve pa izhajajo iz različnih dejavnikov. Najpomembnejša so to razmerja izotopov, ki imajo lahko natančen vpliv na natančno datiranje. Kar pa se tiče najnovejših ledeniških in medgladeških obdobij (tj. V zadnjih nekaj milijonih let), vzorci jedra ledenega jedra in oceanske usedline ostajajo najbolj zaupanja vredna oblika dokazov.
Paleontološka: Ti dokazi vključujejo spremembe v geografski razporeditvi fosilov. V bistvu organizmi, ki uspevajo v toplejših razmerah, v ledeniških obdobjih izumrejo (ali v nižjih širinah postanejo zelo omejeni), hladno prilagojeni organizmi pa uspevajo na istih zemljepisnih širinah. Ergo, zmanjšane količine fosilov na višjih širinah so znak širjenja ledeniških ledenih ploskev.
Tudi te dokaze je težko razlagati, saj zahtevajo, da so fosili pomembni za preučeno geološko obdobje. Prav tako zahteva, da sedimenti na širokih območjih zemljepisnih širin in dolgih časovnih obdobjih kažejo izrazito povezanost (zaradi sprememb zemeljske skorje v času). Poleg tega obstaja veliko starodavnih organizmov, ki so že milijone let pokazali sposobnost preživeti spremembe razmer.
Posledično se znanstveniki, kadar je to mogoče, zanašajo na kombiniran pristop in več dokazov.
Vzroki za ledeno dobo:
Znanstveno soglasje je, da k nastanku ledene dobe prispeva več dejavnikov. Sem spadajo spremembe v Zemljini orbiti okoli Sonca, gibanje tektonskih plošč, spremembe sončne moči, spremembe atmosferske sestave, vulkanske aktivnosti in celo vpliv velikih meteoritov. Mnoge od teh so medsebojno povezane in o natančni vlogi vsake igre je treba razpravljati.
Zemljina orbita: V bistvu je Zemljina orbita okoli Sonca skozi čas podvržena cikličnim spremembam, ki so znane tudi kot Milankovičevi (ali Milankovičevi) cikli. Za njih je značilno spreminjanje oddaljenosti od Sonca, precesija Zemljine osi in spreminjajoči se nagib Zemljine osi - vse to povzroči prerazporeditev sončne svetlobe, ki jo prejme Zemlja.
Najbolj prepričljivi dokazi za orbitalno prisiljevanje Milankoviča ustrezajo najnovejšemu (in preučenemu) obdobju v zgodovini Zemlje (približno v zadnjih 400.000 letih). V tem obdobju so časi ledeniških in medgladeških obdobij tako blizu spremembam v orkitalskih obdobjih Milankovićevega orbitala, da je to najbolj sprejeta razlaga za zadnjo ledeno dobo.
Tektonske plošče:Geološki zapis kaže navidezno povezavo med nastopom ledene dobe in položaji zemeljskih celin. V teh obdobjih so bili na položajih, ki so ovirali ali blokirali dotok tople vode do polov in tako omogočili oblikovanje ledenih plošč.
To je posledično povečalo Zemljin albedo, kar zmanjšuje količino sončne energije, ki jo absorbira Zemljina atmosfera in skorja. Posledica tega je bila povratna zanka, kjer je napredovanje ledenih plošč še povečalo Zemljino albedo in omogočilo več ohlajanja in več ledenikov. To bo trajalo, dokler se z učinkom toplogrednih plinov ne konča obdobje zaledenitve.
Na podlagi preteklih ledenih obdobij so bile ugotovljene tri konfiguracije, ki bi lahko vodile do ledene dobe - celina, ki sedi na zemeljskem polu (kot to počne danes Antarktika); polarno morje je brez kopnega (kot je danes Arktični ocean); in super celina, ki pokriva večino ekvatorja (kot je to storila Rodinia v kriogenijskem obdobju).
Poleg tega nekateri znanstveniki menijo, da je himalajska gorska veriga - ki se je oblikovala pred 70 milijoni let - igrala pomembno vlogo v najnovejši ledeni dobi. S povečanjem skupnih količin padavin na Zemlji se je povečala tudi hitrost odstranjevanja CO² iz ozračja (s čimer se je zmanjšal učinek tople grede). Njen obstoj je vzporedil tudi dolgoročno znižanje povprečne temperature Zemlje v zadnjih 40 milijonih let.
Atmosferska sestava: Obstajajo dokazi, da ravni toplogrednih plinov padajo z napredovanjem ledenih ploskev in naraščajo z umikom. Glede na hipotezo "Zemlja snežne kepe" - v kateri je led vsaj ali skoraj v preteklosti pokril planet, se je ledena doba poznega proterozoika končala s povečanjem ravni CO² v ozračju, ki so ga pripisali vulkanskim izbruhi.
Vendar obstajajo tisti, ki nakazujejo, da bi lahko povečana vsebnost ogljikovega dioksida služila kot povratni mehanizem in ne kot vzrok. Leta 2009 je na primer mednarodna skupina znanstvenikov pripravila študijo z naslovom "Zadnji ledeniški maksimum" - ki je pokazala, da je povečanje sončnega obsevanja (tj. Energije, ki jo absorbira Sonce) prineslo prvotno spremembo, medtem ko toplogredni plini predstavljajo velikost spremembe.
Glavne ledene dobe:
Znanstveniki so ugotovili, da se je v zgodovini Zemlje zgodilo vsaj pet glavnih ledenih obdobij. Sem sodijo huronska, kriogenijska, andska-saharska, karojska in kvartarna ledena doba. Huronska ledena doba je datirana v zgodnji prozerozojski eon, pred približno 2,4 do 2,1 milijarde let, na podlagi geoloških dokazov, ki so jih opazili severno in severovzhodno od jezera Huron (in se nanašajo na nahajališča v Michiganu in zahodni Avstraliji).
Kriogena ledena doba je trajala pred približno 850 do 630 milijoni let in je bila morda najhujša v zgodovini Zemlje. Verjamejo, da so v tem obdobju ledeniške ledene plošče segale do ekvatorja, kar je vodilo do scenarija "Zemlja snežne kepe". Prav tako se verjame, da se je končala zaradi nenadnega povečanja vulkanske aktivnosti, ki je sprožil toplogredni učinek, čeprav je (kot že omenjeno) to predmet razprave.
Andsko-saharska ledena doba se je zgodila v poznem ordovicijskem in silurskem obdobju (približno 460 do 420 milijonov let). Kot že ime pove, dokazi temeljijo na geoloških vzorcih, odvzetih s pogorja Tassili n'Ajjer v zahodni Sahari, in so povezani z dokazi, pridobljenimi iz gorske verige Andov v Južni Ameriki (pa tudi z Arabskega polotoka in južne strani Porečje Amazonije).
Ledeno obdobje Karoo pripisujejo evoluciji kopenskih rastlin med začetkom девоnskega obdobja (pred približno 360 do 260 milijoni let), kar je povzročilo dolgoročno povečanje planetarnih ravni kisika in zmanjšanje ravni CO 2 - kar vodi v globalno hlajenje. Ime je dobila po sedimentnih nahajališčih, ki so jih odkrili v južni Afriki Karoo, s korelacijskimi dokazi, ki so jih našli v Argentini.
Trenutna ledena doba, znana kot pliocensko-kvartarno ledeništvo, se je začela pred približno 2,58 milijona let v poznem pliocenu, ko se je začelo širjenje ledenih ploskev na severni polobli. Od takrat je svet doživel več ledeniških in medgladeških obdobij, kjer se ledene ploskve napredujejo in umikajo na časovnih lestvicah od 40.000 do 100.000 let.
Zemlja je trenutno v medgladeškem obdobju, zadnje ledeniško obdobje pa se je končalo pred približno 10.000 leti. Ostanki celinskih ledenih plošč, ki so se nekoč raztezali po vsem svetu, so zdaj omejeni na Grenlandijo in Antarktiko, pa tudi na manjše ledenike - kot je tisti, ki pokriva Baffin Island.
Antropogene podnebne spremembe:
Natančna vloga vseh mehanizmov, ki se jim pripisujejo ledene dobe - to je orbitalna sila, sončno prisiljevanje, geološka in vulkanska aktivnost - še niso povsem razjasnjene. Vendar pa je glede na vlogo ogljikovega dioksida in drugih emisij toplogrednih plinov v zadnjih desetletjih veliko zaskrbljeno, kakšne bodo dolgoročne posledice človekove dejavnosti na planetu.
Na primer, v vsaj dveh glavnih ledenih obdobjih, kriogenijski in ledeni dobi Karoo, se verjame, da imata povečano in upadanje atmosferskih toplogrednih plinov pomembno vlogo. V vseh drugih primerih, za katere verjamejo, da je orbitalno prisiljevanje glavni vzrok za ledeno dobo, so povečane emisije toplogrednih plinov še vedno odgovorne za negativne povratne informacije, ki so privedle do še večjega dviga temperature.
Dodajanje CO2 s človeško dejavnostjo ima tudi neposredno vlogo pri podnebnih spremembah po vsem svetu. Trenutno izgorevanje fosilnih goriv pri ljudeh predstavlja največji vir emisij ogljikovega dioksida (približno 90%) po vsem svetu, ki je eden glavnih toplogrednih plinov, ki omogoča sevanje (npr. Učinek tople grede).
Leta 2013 je Nacionalna uprava za oceano in ozračje objavila, da raven CO² v zgornji atmosferi doseže 400 delov na milijon (ppm), prvič odkar so se začele meritve v 19. stoletju. Glede na trenutno stopnjo naraščanja emisij NASA ocenjuje, da bi ravni ogljika v naslednjem stoletju lahko dosegle med 550 in 800 ppm.
V primeru prejšnjega scenarija NASA predvideva porast povprečnih svetovnih temperatur za 2,5 ° C (4,5 ° F), kar bi bilo trajnostno. Če pa se izkaže, da se bo slednji scenarij zgodil, se bodo svetovne temperature dvignile v povprečju za 4,5 ° C, kar bi omogočilo življenje v mnogih delih planeta. Zaradi tega se iščejo druge možnosti za razvoj in širše komercialno sprejemanje.
Še več, kaže raziskava iz leta 2012, objavljena v Narava Geoscience- z naslovom "Določitev naravne dolžine sedanjega medledoglasa" - pričakuje se, da bodo emisije CO² tudi odložile naslednjo ledeno dobo. Z uporabo podatkov o Zemljini orbiti za izračun dolžine medledolednih obdobij je raziskovalna skupina ugotovila, da bo za naslednji led (predviden čez 1500 let) potrebna atmosferska raven CO 2 pod okoli 240? Ppm.
Spoznavanje daljše ledene dobe in tudi krajša ledeniška obdobja, ki so se dogajala v preteklosti Zemlje, je pomemben korak k razumevanju, kako se podnebne spremembe Zemlje sčasoma spreminjajo. To je še posebej pomembno, saj znanstveniki poskušajo ugotoviti, koliko sodobnih podnebnih sprememb človek ustvari in kakšne možne protiukrepe je mogoče razviti.
Napisali smo veliko člankov o ledeni dobi za vesoljski časopis. Tukaj je nova študija razkrila malo ledene dobe, ki jo je vodil vulkanizem, ali je morilec asteroid popeljal planet v ledeno dobo ?, ali je obstajala zemeljska plošča ?, ali Mars prihaja iz ledene dobe?
Če želite imeti več informacij o Zemlji, si oglejte Nasin vodnik za raziskovanje sončnega sistema na Zemlji. Tu je povezava do Nasinega observatorija za zemljo.
Posneli smo tudi epizodo Astronomy Cast o planetu Zemlji. Poslušajte tukaj, Epizoda 51: Zemlja in Epizoda 308: Podnebne spremembe.
Vir:
- Wikipedia - ledena doba
- USGS - naš spreminjajoči se kontinent
- PBS NOVA - Kaj sproži ledeno dobo?
- UCSD: Earthguide - Splošni pregled ledene dobe
- Znanost v živo - pleistocenska epoha: dejstva o zadnji ledeni dobi
