Zlodowacenie czwartorzędowe
Zlodowacenie czwartorzędowe , znane również jako zlodowacenie plejstoceńskie , to naprzemienna seria okresów lodowcowych i międzylodowcowych w okresie czwartorzędu , która rozpoczęła się 2,58 mln lat temu i trwa. Chociaż geolodzy opisują cały ten okres aż do chwili obecnej jako „ epokę lodowcową ”, w kulturze popularnej termin ten zwykle odnosi się do najnowszego okresu zlodowacenia lub ogólnie do epoki plejstocenu . Od Na Ziemi nadal znajdują się polarne pokrywy lodowe, geolodzy uważają, że zlodowacenie czwartorzędowe trwa, choć obecnie znajduje się w okresie międzylodowcowym.
Podczas zlodowacenia czwartorzędowego pojawiły się pokrywy lodowe , które rozszerzały się w okresach lodowcowych i kurczyły się w okresach międzylodowcowych . Od zakończenia ostatniego okresu zlodowacenia przetrwały jedynie pokrywy lodowe Antarktyki i Grenlandii, podczas gdy inne pokrywy powstałe podczas okresów zlodowacenia, takie jak pokrywa lodowa Laurentide , całkowicie się stopiły.
Głównymi skutkami zlodowacenia czwartorzędu była erozja kontynentalna lądu i osadzanie się materiału; modyfikacja systemów rzecznych ; powstawanie milionów jezior , w tym rozwój jezior pluwialnych z dala od obrzeży lodu; zmiany poziomu morza ; regulacja izostatyczna skorupy ziemskiej ; powódź; i nietypowe wiatry. Same pokrywy lodowe, podnosząc albedo (stosunek energii promieniowania słonecznego odbite od Ziemi z powrotem w przestrzeń kosmiczną) wygenerowało znaczące sprzężenie zwrotne w celu dalszego ochłodzenia klimatu . Skutki te ukształtowały środowiska lądowe i oceaniczne oraz społeczności biologiczne.
Na długo przed zlodowaceniem czwartorzędu lód lądowy pojawił się, a następnie zniknął podczas co najmniej czterech innych epok lodowcowych.
Odkrycie
Dowody na zlodowacenie czwartorzędowe zostały po raz pierwszy poznane w XVIII i XIX wieku w ramach rewolucji naukowej .
W ciągu ostatniego stulecia szeroko zakrojone obserwacje terenowe dostarczyły dowodów na to, że lodowce kontynentalne pokrywały duże części Europy , Ameryki Północnej i Syberii . Mapy cech lodowcowych zostały opracowane po wielu latach badań terenowych przez setki geologów, którzy sporządzili mapę lokalizacji i orientacji dolin , ozów , moren , prążków i kanałów strumieni lodowcowych , aby odsłonić zasięg pokryw lodowych , kierunek ich przepływu i układ kanałów wód roztopowych. Pozwoliły także naukowcom rozszyfrować historię licznych postępów i cofań się lodu. Jeszcze zanim teoria ogólnoświatowego zlodowacenia została ogólnie przyjęta, wielu obserwatorów uznało, że miało miejsce więcej niż jedno postępowanie i cofanie się lodu.
Opis
Dla geologów epokę lodowcową definiuje się jako obecność dużych ilości lodu lądowego. Przed zlodowaceniami czwartorzędowymi lód lądowy powstawał w co najmniej czterech wcześniejszych okresach geologicznych: karoo (360–260 mln lat temu), andyjsko-saharyjskim (450–420 mln lat temu), kriogenicznym (720–635 mln lat temu) i huronskim (2400–2400 mln lat temu). 2100 mln lat).
W czwartorzędowej epoce lodowcowej występowały także okresowe wahania całkowitej objętości lodu lądowego, poziomu morza i globalnych temperatur. Podczas chłodniejszych epizodów (zwanych okresami zlodowaceń lub zlodowaceń) duże pokrywy lodowe o grubości co najmniej 4 km (2,5 mil) w maksymalnym stopniu pokrywają części Europy , Ameryki Północnej i Syberii . Krótsze, ciepłe przerwy między zlodowaceniami, podczas których cofały się lodowce kontynentalne, nazywane są interglacjałami . Świadczą o tym zakopane profile glebowe, pokłady torfu oraz osady jezior i strumieni oddzielające nieposortowane, niestratyfikowane złoża gruzu lodowcowego.
Początkowo długość cyklu glacjalnego/interglacjalnego wynosiła około 41 000 lat, ale po przejściu środkowoplejstoceńskim około 1 mA uległa spowolnieniu do około 100 000 lat, o czym najwyraźniej świadczą rdzenie lodowe z ostatnich 800 000 lat i rdzenie osadów morskich z wcześniejszego okresu . W ciągu ostatnich 740 000 lat miało miejsce osiem cykli lodowcowych.
Cały okres czwartorzędu, rozpoczynający się 2,58 mln lat temu, nazywany jest epoką lodowcową, ponieważ co najmniej jedna trwała, duża pokrywa lodowa – pokrywa lodowa Antarktyki – istnieje nieprzerwanie. Nie ma pewności, jaka część Grenlandii była pokryta lodem podczas każdego interglacjału.
Obecnie Ziemia znajduje się w okresie międzylodowcowym, epoce holocenu , która rozpoczęła się 15 000–10 000 lat temu; spowodowało to powolne topnienie pokryw lodowych z ostatniego zlodowacenia . Pozostałe lodowce, zajmujące obecnie około 10% powierzchni lądowej świata, obejmują Grenlandię, Antarktydę i niektóre regiony górskie.
W okresach lodowcowych obecny (tj. interglacjalny) system hydrologiczny został całkowicie przerwany na dużych obszarach świata, a na innych został znacznie zmodyfikowany. Ze względu na objętość lodu na lądzie poziom morza był o około 120 metrów (394 stóp) niższy niż obecny.
Powoduje
Historia zlodowacenia Ziemi jest produktem wewnętrznej zmienności ziemskiego systemu klimatycznego (np. prądów oceanicznych , obiegu węgla ), wchodzącej w interakcję z zewnętrznym wymuszaniem przez zjawiska spoza systemu klimatycznego (np. zmiany orbity Ziemi , wulkanizm i zmiany w mocy słonecznej ).
Cykle astronomiczne
Rolę zmian orbity Ziemi w kontrolowaniu klimatu po raz pierwszy przedstawił James Croll pod koniec XIX wieku. Później serbski geofizyk Milutin Milanković rozwinął tę teorię i obliczył, że te nieregularności na orbicie Ziemi mogą powodować cykle klimatyczne znane obecnie jako cykle Milankovitcha . Są one wynikiem addytywnego zachowania kilku typów cyklicznych zmian właściwości orbity Ziemi.
Po pierwsze, zmiany ekscentryczności orbity Ziemi zachodzą w cyklu około 100 000 lat. Po drugie, nachylenie osi Ziemi waha się od 22° do 24,5° w cyklu trwającym 41 000 lat. Nachylenie osi Ziemi odpowiada za pory roku ; im większe nachylenie, tym większy kontrast między temperaturami latem i zimą. Po trzecie, precesja równonocy , czyli wahań w osi obrotu Ziemi , mają okresowość 26 000 lat. Według teorii Milankovitcha czynniki te powodują okresowe ochłodzenie Ziemi, przy czym najzimniejsza część cyklu występuje co około 40 000 lat. Głównym efektem cykli Milankovitcha jest zmiana kontrastu pomiędzy porami roku, a nie roczna ilość ciepła słonecznego otrzymywanego przez Ziemię. Rezultatem jest mniejsze topnienie niż gromadzenie się lodu i gromadzenie się lodowców .
Milankovitch opracował ideę cykli klimatycznych w latach dwudziestych i trzydziestych XX wieku, ale dopiero w latach siedemdziesiątych XX wieku opracowano wystarczająco długą i szczegółową chronologię zmian temperatury czwartorzędu, aby odpowiednio przetestować tę teorię. Badania rdzeni głębinowych i ich skamieniałości wskazują, że wahania klimatu w ciągu ostatnich kilkuset tysięcy lat są niezwykle zbliżone do przewidywanych przez Milankovitcha.
Problem z teorią polega na tym, że te cykle astronomiczne występowały przez wiele milionów lat, ale zlodowacenie jest zjawiskiem rzadkim [ potrzebne źródło ] . Cykle astronomiczne korelują z okresami lodowcowymi i międzylodowcowymi w ramach długoterminowej epoki lodowcowej, ale nie inicjują epok lodowcowych [ potrzebne źródło ] .
Skład atmosferyczny
Jedna z teorii głosi, że spadek atmosferycznego CO
2 , ważnego gazu cieplarnianego , zapoczątkował długoterminowy trend ochłodzenia, który ostatecznie doprowadził do powstania kontynentalnych pokryw lodowych w Arktyce. Dowody geologiczne wskazują na spadek zawartości CO 2 w atmosferze o ponad 90% od połowy ery mezozoicznej . Analiza rekonstrukcji CO 2 z zapisów alkenonowych pokazuje, że zawartość CO 2 w atmosferze zmniejszała się przed i w trakcie zlodowacenia Antarktyki, co potwierdza znaczny udział CO 2 spadek jako główna przyczyna zlodowacenia Antarktyki.
CO 2 odgrywają również ważną rolę w przejściach między interglacjałami i lodowcami. Wysoka zawartość CO 2 odpowiada ciepłym okresom międzylodowcowym, a niska zawartość CO 2 okresom lodowcowym. Jednakże badania wskazują, że CO
2 może nie być główną przyczyną przejść międzylodowcowych, ale zamiast tego działa jako sprzężenie zwrotne . Wyjaśnienie tej obserwowanej CO
2 „pozostaje trudnym problemem przypisania”.
Tektonika płyt i prądy oceaniczne
Ważnym elementem rozwoju długotrwałych epok lodowcowych jest położenie kontynentów. Mogą one kontrolować cyrkulację oceanów i atmosfery, wpływając na sposób, w jaki prądy oceaniczne przenoszą ciepło na duże szerokości geograficzne. Wydaje się, że przez większą część czasu geologicznego Biegun Północny znajdował się w szerokim, otwartym oceanie, który umożliwiał niesłabnący przepływ głównych prądów oceanicznych. Wody równikowe napływały do regionów polarnych, ogrzewając je. Stworzyło to łagodny, jednolity klimat, który utrzymywał się przez większość czasu geologicznego.
Jednak w epoce kenozoicznej duże płyty kontynentalne Ameryki Północnej i Ameryki Południowej dryfowały na zachód od płyty euroazjatyckiej . Zbiegło się to z rozwojem Oceanu Atlantyckiego , biegnącego z północy na południe, z biegunem północnym w małym, prawie śródlądowym basenie Oceanu Arktycznego . Przejście Drake'a otworzyło się 33,9 miliona lat temu ( przejście eocenu - oligocenu ), oddzielając Antarktydę od Ameryki Południowej . The Antarktyczny Prąd Okołobiegunowy , izolując Antarktydę od ciepłych wód i powodując powstawanie ogromnych pokryw lodowych . Osłabienie Prądu Północnoatlantyckiego około 3,65–3,5 miliona lat temu spowodowało ochłodzenie i odświeżenie Oceanu Arktycznego, sprzyjając rozwojowi lodu morskiego w Arktyce i warunkując powstawanie lodowców kontynentalnych w późniejszym okresie pliocenu. Przesmyk Panamski rozwinął się na krawędzi zbieżnych płyt około 2,6 miliona lat temu i dalej oddzielił cyrkulację oceaniczną, zamykając ostatnią cieśninę poza regionami polarnymi, które łączyły Pacyfik i Atlantyk. Zwiększyło to transport soli i ciepła na biegunie, wzmacniając cyrkulację termohalinową na północnym Atlantyku , która dostarczyła wystarczającą ilość wilgoci do arktycznych szerokości geograficznych, aby zainicjować zlodowacenie północne.
Powstanie gór
Uważa się, że do powstania zlodowacenia czwartorzędowego przyczyniło się wyniesienie powierzchni kontynentu, często w postaci formacji górskich . Stopniowe przemieszczanie się większości mas lądowych Ziemi z tropików , w połączeniu z wzmożonym formowaniem się gór w późnym kenozoiku, oznaczało więcej lądu na dużych wysokościach i dużych szerokościach geograficznych, co sprzyjało tworzeniu się lodowców. Na przykład pokrywa lodowa Grenlandii powstała w związku z wypiętrzeniem się wyżyn zachodniej i wschodniej Grenlandii w dwóch fazach, 10 i 5 milionów lat temu w miocenie epoka. Góry te stanowią pasywne obrzeża kontynentalne . Modele komputerowe pokazują, że wypiętrzenie umożliwiłoby zlodowacenie poprzez zwiększone opady orograficzne i ochłodzenie temperatur powierzchniowych . W przypadku Andów wiadomo, że główna Kordyliera osiągnęła wysokość, która umożliwiła rozwój lodowców dolinowych około 1 miliona lat temu.
Efekty
Obecność tak dużej ilości lodu na kontynentach wywarła głęboki wpływ na prawie każdy aspekt systemu hydrologicznego Ziemi. Najbardziej oczywiste są spektakularne górskie krajobrazy i inne krajobrazy kontynentalne ukształtowane zarówno przez erozję lodowcową, jak i osadzanie się zamiast bieżącej wody. Całkowicie nowe krajobrazy obejmujące miliony kilometrów kwadratowych powstały w stosunkowo krótkim czasie geologicznym. Ponadto rozległe masy lodu lodowcowego wpłynęły na Ziemię daleko poza krawędzie lodowca. Bezpośrednio lub pośrednio skutki zlodowacenia były odczuwalne w każdej części świata.
Jeziora
Zlodowacenie czwartorzędowe wytworzyło więcej jezior niż wszystkie inne procesy geologiczne razem wzięte. Powodem jest to, że lodowiec kontynentalny całkowicie zakłóca przedlodowcowy system drenażowy . Powierzchnia, po której poruszał się lodowiec, została wyczyszczona i zniszczona przez lód, pozostawiając wiele zamkniętych, nieodwodnionych zagłębień w skale. Zagłębienia te wypełniły się wodą i zamieniły się w jeziora.
Wzdłuż krawędzi lodowców utworzyły się bardzo duże jeziora. Lód zarówno w Ameryce Północnej, jak i w Europie miał około 3000 m (10 000 stóp) grubości w pobliżu ośrodków maksymalnej akumulacji, ale zwężał się w kierunku krawędzi lodowca. Ciężar lodu spowodował osiadanie skorupy ziemskiej, które było największe pod najgrubszym nagromadzeniem lodu. W miarę topnienia lodu odbicie skorupy opóźniało się, tworząc regionalne nachylenie w kierunku lodu. Na zboczu tym utworzyły się baseny, które przetrwały tysiące lat. Baseny te stały się jeziorami lub zostały zaatakowane przez ocean. Morze Bałtyckie i Wielkie Jeziora Ameryki Północnej powstały przede wszystkim w ten sposób. [ wątpliwe ]
, że liczne jeziora Tarczy Kanadyjskiej , Szwecji i Finlandii powstały przynajmniej częściowo w wyniku selektywnej erozji zwietrzałej skały macierzystej przez lodowce .
Jeziora pluwialne
Warunki klimatyczne powodujące zlodowacenie miały pośredni wpływ na regiony suche i półsuche, oddalone od dużych pokryw lodowych . Zwiększone opady, które zasilały lodowce , zwiększyły również odpływ głównych rzek i okresowych strumieni, co spowodowało wzrost i rozwój dużych jezior opadowych. Większość jezior pluwialnych rozwinęła się w stosunkowo suchych regionach, gdzie zazwyczaj opady nie były wystarczające do utworzenia systemu odwadniającego prowadzącego do morza. Zamiast tego odpływ strumieni płynął do zamkniętych basenów i tworzył jeziora Playa . Wraz ze wzrostem opadów jeziora Playa powiększyły się i wylały. Jeziora pluwialne były najbardziej rozległe w okresach zlodowacenia. Podczas etapów międzylodowcowych, przy mniejszych opadach deszczu, jeziora opadowe kurczyły się, tworząc małe równiny solne.
Regulacja izostatyczna
Główne izostatyczne dostosowania litosfery podczas zlodowacenia czwartorzędowego były spowodowane ciężarem lodu, który spowodował obniżenie kontynentów. W Kanadzie duży obszar wokół Zatoki Hudsona znalazł się poniżej (współczesnego) poziomu morza, podobnie jak obszar w Europie wokół Morza Bałtyckiego. Od czasu stopienia się lodu ziemia podnosi się z tych zagłębień. Niektóre z tych ruchów izostatycznych wywołały duże trzęsienia ziemi w Skandynawii około 9 000 lat temu. Te trzęsienia ziemi są wyjątkowe, ponieważ nie są związane z tektoniką płyt .
Badania wykazały, że wzrost ten przebiegał w dwóch odrębnych etapach. Początkowe wypiętrzenie po deglacjacji było szybkie (zwane „elastycznym”) i miało miejsce podczas rozładunku lodu. Po tej „elastycznej” fazie wyporu następuje w drodze „powolnego lepkiego przepływu”, więc później szybkość spada wykładniczo . Obecnie typowe tempo wzrostu wynosi 1 cm rocznie lub mniej, z wyjątkiem obszarów Ameryki Północnej, zwłaszcza Alaski, gdzie tempo wzrostu wynosi 2,54 cm rocznie (1 cal lub więcej). W Europie Północnej wyraźnie pokazuje to GPS dane pozyskane przez sieć GPS BIFROST. Badania sugerują, że odbicie będzie trwało przez co najmniej kolejne 10 000 lat. Całkowite wypiętrzenie od zakończenia deglacjacji zależy od lokalnego obciążenia lodem i może wynosić kilkaset metrów w pobliżu środka odbicia.
Wiatry
Obecność lodu na tak dużej części kontynentów znacznie zmodyfikowała wzorce cyrkulacji atmosferycznej. Wiatry w pobliżu obrzeży lodowców były silne i trwałe ze względu na obfitość gęstego, zimnego powietrza znad pól lodowcowych. Wiatry te unosiły i transportowały duże ilości luźnego, drobnoziarnistego osadu przyniesionego przez lodowce. Pył ten gromadził się w postaci lessu (mułu nanoszonego przez wiatr), tworząc nieregularne płaszcze nad większą częścią doliny rzeki Missouri , Europą Środkową i północnymi Chinami.
Wydmy były znacznie bardziej rozpowszechnione i aktywne na wielu obszarach we wczesnym okresie czwartorzędu. Dobrym przykładem jest Sand Hills w Nebrasce w USA, który zajmuje powierzchnię około 60 000 km 2 (23 166 mil kwadratowych). Region ten był dużym, aktywnym polem wydmowym w plejstocenu , ale obecnie jest w dużej mierze ustabilizowany przez pokrywę trawiastą.
prądy oceaniczne
Grube lodowce były na tyle ciężkie, że w kilku ważnych obszarach sięgały dna morskiego, co blokowało przepływ wody oceanicznej i wpływało na prądy oceaniczne. Oprócz tych bezpośrednich skutków spowodowało to również efekty sprzężenia zwrotnego, ponieważ prądy oceaniczne przyczyniają się do globalnego transferu ciepła.
Złoża złota
Moreny i gliny naniesione przez lodowce czwartorzędowe przyczyniły się do powstania cennych pokładowych złóż złota. Tak jest w przypadku najbardziej wysuniętego na południe Chile , gdzie przeróbka moren czwartorzędowych zgromadziła złoto na morzu.
Zapisy wcześniejszego zlodowacenia
Zlodowacenie było rzadkim wydarzeniem w historii Ziemi, ale istnieją dowody na powszechne zlodowacenie w późnej epoce paleozoiku (300 do 200 mA) i późnym prekambrze (tj. epoce neoproterozoiku , 800 do 600 mA). Przed obecną epoką lodowcową , która rozpoczęła się między 2 a 3 mA, klimat Ziemi był zazwyczaj łagodny i jednolity przez długie okresy czasu. Na tę historię klimatyczną wskazują rodzaje kopalnych roślin i zwierząt oraz cechy osadów zachowanych w stratygrafii. nagrywać. Istnieją jednak rozległe osady polodowcowe, które odnotowują kilka głównych okresów starożytnego zlodowacenia w różnych częściach zapisu geologicznego. Takie dowody sugerują, że główne okresy zlodowacenia poprzedzały obecne zlodowacenie czwartorzędowe.
Jeden z najlepiej udokumentowanych zapisów zlodowacenia przedczwartorzędowego, zwany epoką lodowcową Karoo , znajduje się w skałach późnego paleozoiku w Republice Południowej Afryki , Indiach , Ameryce Południowej , Antarktydzie i Australii . Na tych obszarach występują liczne odsłonięcia starożytnych osadów lodowcowych. Złoża jeszcze starszych osadów lodowcowych występują na każdym kontynencie z wyjątkiem Ameryki Południowej. Wskazują one, że w późnym prekambrze miały miejsce dwa inne okresy rozległego zlodowacenia, w wyniku których w okresie kriogenicznym powstała kula śnieżna .
Następny okres lodowcowy
Trend ocieplenia następujący po maksimum ostatniego zlodowacenia , trwający od około 20 000 lat temu, spowodował podniesienie się poziomu morza o około 130 metrów (427 stóp). Ten trend ocieplenia ustał około 6000 lat temu, a poziom morza był stosunkowo stabilny od czasów neolitu . Obecny okres międzylodowcowy ( optymum klimatyczne holocenu ) jest stabilny i ciepły w porównaniu z poprzednimi, które zostały przerwane licznymi trwającymi setki lat okresami chłodu. Ta stabilność mogła pozwolić na rewolucję neolityczną , a co za tym idzie, cywilizację ludzką .
Z modeli orbitalnych wynika , że trend ochłodzenia zapoczątkowany około 6 000 lat temu będzie kontynuowany przez kolejne 23 000 lat. Niewielkie zmiany parametrów orbity Ziemi mogą jednak wskazywać, że nawet bez udziału człowieka nie będzie kolejnego zlodowacenia przez następne 50 000 lat. Możliwe, że obecny trend ochłodzenia zostanie przerwany przez międzystadialną (cieplejszy okres) za około 60 000 lat, a kolejne maksimum zlodowacenia nastąpi dopiero za około 100 000 lat.
Na podstawie wcześniejszych szacunków dotyczących czasu trwania międzylodowcowego wynoszącego około 10 000 lat, w latach siedemdziesiątych XX wieku istniały pewne obawy, że następny okres zlodowacenia będzie nieuchronny . Jednak niewielkie zmiany w ekscentryczności orbity Ziemi wokół Słońca sugerują długi okres międzylodowcowy trwający około kolejnych 50 000 lat. Ponadto wpływ człowieka może wydłużyć i tak już niezwykle długi ciepły okres. Prognoza harmonogramu następnego maksimum zlodowacenia zależy w decydującym stopniu od w
ilości CO2 atmosferze . Modele zakładające wzrost CO
2 na poziomie 750 części na milion ( ppm ; obecne poziomy wynoszą 417 ppm) oszacowały trwałość obecnego okresu międzylodowcowego na kolejne 50 000 lat. Jednak z nowszych badań wynika, że ilość gazów wychwytujących ciepło emitowanych do ziemskich oceanów i atmosfery zapobiegnie następnemu zlodowaceniu (epoce lodowcowej), które w przeciwnym razie rozpoczęłoby się za około 50 000 lat, i prawdopodobnie większej liczbie cykli lodowcowych.
Linki zewnętrzne
Słownikowa definicja zlodowacenia w Wikisłowniku
- Lodowce i zlodowacenie
- Zlodowacenie plejstoceńskie i przekierowanie rzeki Missouri w północnej Montanie
- Clark, Peter U.; Bartlein, Patrick J. (1995). „Korelacja zlodowacenia późnego plejstocenu w zachodnich Stanach Zjednoczonych z wydarzeniami Heinricha na północnym Atlantyku”. Geologia . 23 (4): 483–6. Bibcode : 1995Geo....23..483C . doi : 10.1130/0091-7613(1995)023<0483:COLPGI>2.3.CO;2 .
- Pielou, WE (2008). Po epoce lodowcowej: powrót życia do zlodowaciałej Ameryki Północnej . Prasa Uniwersytetu w Chicago. ISBN 978-0-226-66809-3 .
- Lodowiec i pola lodowe na Alasce
- Zlodowacenia plejstoceńskie w Wayback Machine (archiwum 7 lutego 2012) (ostatnie 2 miliony lat)
- Paleoklimat IPCC (pdf) zarchiwizowany 19.03.2013 w Wayback Machine
- Powoduje