CE ESTE O EPOCA DE GHEATA?

Send

Oamenii de știință știu de ceva timp că Pământul trece prin cicluri de schimbare climatică. Datorită modificărilor pe orbita Pământului, a factorilor geologici și / sau a modificărilor producției solare, ocazional, Pământul înregistrează reduceri semnificative ale temperaturilor sale de suprafață și atmosferice. Aceasta duce la perioade de glaciație pe termen lung sau ceea ce este mai cunoscut sub denumirea de „epoca de gheață”.

Aceste perioade se caracterizează prin creșterea și extinderea straturilor de gheață pe suprafața Pământului, care apare la fiecare câteva milioane de ani. Prin definiție ne aflăm încă în ultima mare epocă de gheață - care a început în epoca Pliocenului târziu (aproximativ 2,58 milioane de ani în urmă) - și suntem în prezent într-o perioadă interglaciară, caracterizată prin retragerea ghețarilor.

Definiție:

Deși termenul „epoca de gheață” este folosit cândva pentru a se referi la perioadele reci din istoria Pământului, acesta tinde să creadă complexitatea perioadelor glaciare. Cea mai exactă definiție ar fi aceea că vârstele de gheață sunt perioade în care straturile de gheață și ghețarii se extind pe întreaga planetă, care corespund unor scăderi semnificative ale temperaturilor globale și pot dura milioane de ani.

În timpul unei perioade de gheață, există diferențe semnificative de temperatură între ecuator și poli, iar temperaturile la nivelul adâncurilor mării au fost, de asemenea, scăzute. Acest lucru permite extinderea ghețarilor mari (comparabili cu continentele), acoperind o mare parte a suprafeței planetei. Începând cu epoca precambriană (aproximativ 600 de milioane de ani în urmă), vârstele de gheață au apărut la intervale mari de spațiu aproximativ 200 de milioane de ani.

Istoria studiului:

Primul om de știință care a teoretizat despre perioadele glaciare trecute a fost inginerul și geograful elvețian din secolul al XVIII-lea, Pierre Martel. În 1742, în timp ce vizita o vale alpină, a scris despre împrăștierea rocilor mari în formațiuni neregulate, pe care localnicii le-au atribuit ghețarilor care s-au extins cândva mult mai departe. Explicații similare au început să apară în deceniile următoare pentru modele similare de distribuție a bolilor în alte părți ale lumii.

De la mijlocul secolului al XVIII-lea, cercetătorii europeni au început să considere din ce în ce mai mult gheața ca mijloc de transport a materialelor stâncoase. Aceasta a inclus prezența bolovanilor în zonele de coastă din statele baltice și peninsula scandinavă. Cu toate acestea, geologul danez-norvegian Jens Esmark (1762-1839) a argumentat pentru prima dată existența unei secvențe de vârste mondiale de gheață.

Această teorie a fost detaliată într-o lucrare pe care a publicat-o în 1824, în care a propus ca schimbările climatului Pământului (care s-au datorat schimbărilor pe orbita sa) să fie responsabile. Aceasta a fost urmată în 1832 de către geologul german și profesorul forestier Albrecht Reinhard Bernhardi, care a speculat despre modul în care capacele polare de gheață au ajuns odată până la zonele temperate ale lumii.

În același timp, botanistul german Karl Friedrich Schimper și biologul elvețian-american Louis Agassiz au început să elaboreze în mod independent propria teorie despre glaciația globală, ceea ce a dus la Schimper să contureze termenul „epoca de gheață” în 1837. Până la sfârșitul secolului 19, teoria glaciarei treptat a început să obțină o acceptare pe scară largă asupra ideii că Pământul s-a răcit treptat de la starea sa originală, topită.

Până în secolul XX, polimatul sârb Milutin Milankovic și-a dezvoltat conceptul de cicluri Milankovic, care au legat schimbările climatice pe termen lung cu schimbările periodice pe orbita Pământului în jurul Soarelui. Aceasta a oferit o explicație demonstrabilă pentru epoca de gheață și a permis oamenilor de știință să facă predicții cu privire la momentul în care se vor putea produce din nou schimbări semnificative ale climatului Pământului.

Dovezi pentru epoca de gheață:

Există trei forme de dovezi pentru teoria vârstei de gheață, care variază de la cea geologică și cea chimică la paleontologică (adică înregistrarea fosilelor). Fiecare are avantajele și dezavantajele sale particulare și i-a ajutat pe oamenii de știință să dezvolte o înțelegere generală a efectului pe care epoca de gheață a avut-o în evidența geologică în ultimele câteva miliarde de ani.

geologice: Dovada geologică include scouring-urile și zgârierea rocilor, văi sculptate, formarea unor tipuri de creste ciudate și depunerea de material neconsolidat (morinele) și roci mari în formațiuni neregulate. În timp ce acest gen de dovezi este ceea ce a dus la teoria vârstei gheții în primul rând, rămâne temperamental.

Pentru una, perioadele succesive de glaciație au efecte diferite asupra unei regiuni, care tinde să denatureze sau să șteargă dovezile geologice în timp. În plus, probele geologice sunt greu de datat exact, ceea ce provoacă probleme atunci când este vorba despre obținerea unei evaluări exacte a duratei cât au durat perioadele glaciare și interglaciare.

Chimic: Aceasta constă în mare parte din variațiile raporturilor izotopilor din fosilele descoperite în probe de sedimente și roci. Pentru perioadele glaciare mai recente, miezurile de gheață sunt utilizate pentru a construi un record global de temperatură, în mare parte din prezența izotopilor mai grei (care conduc la temperaturi mai mari de evaporare). Adesea conțin și bule de aer, care sunt examinate pentru a evalua compoziția atmosferei la momentul respectiv.

Cu toate acestea, limitările apar din diverși factori. Printre acestea se numără raporturile de izotopi, care pot avea un efect confuz asupra datării exacte. În ceea ce privește cele mai recente perioade glaciare și interglaciare (adică în ultimele câteva milioane de ani), probele de miez de gheață și de sediment oceanic rămân cea mai de încredere formă de dovezi.

Paleontologic: Aceste dovezi constau în schimbări în distribuția geografică a fosilelor. Practic, organismele care prosperă în condiții mai calde se sting în timpul perioadelor glaciare (sau devin extrem de restrânse în latitudini mai mici), în timp ce organismele adaptate la frig prospera în aceste aceleași latitudini. Ergo, cantități reduse de fosile din latitudinile mai mari este un indiciu al răspândirii straturilor de gheață glaciară.

Această dovadă poate fi, de asemenea, dificil de interpretat, deoarece necesită ca fosilele să fie relevante pentru perioada geologică studiată. De asemenea, este necesar ca sedimentele de pe intervale largi de latitudini și perioade lungi de timp să prezinte o corelație distinctă (datorită modificărilor crustei Pământului în timp). În plus, există multe organisme antice care au arătat capacitatea de a supraviețui schimbărilor în condiții de milioane de ani.

Drept urmare, oamenii de știință se bazează pe o abordare combinată și mai multe linii de dovezi, acolo unde este posibil.

Cauzele glaciarului:

Consensul științific este că mai mulți factori contribuie la apariția epocilor de gheață. Acestea includ schimbări în orbita Pământului în jurul Soarelui, mișcarea plăcilor tectonice, variații ale producției solare, modificări ale compoziției atmosferice, a activității vulcanice și chiar a impactului meteoriților mari. Multe dintre acestea sunt legate între ele, iar rolul exact pe care fiecare piesă este supus dezbaterii.

Orbita Pământului: În esență, orbita Pământului în jurul Soarelui este supusă unor variații ciclice în timp, fenomen cunoscut și sub denumirea de cicluri Milankovic (sau Milankovitch). Acestea se caracterizează prin schimbarea distanțelor față de Soare, precesiunea axei Pământului și schimbarea înclinării axei Pământului - toate acestea ducând la o redistribuire a luminii solare primite de Pământ.

Cele mai convingătoare dovezi pentru forțarea orbitalului Milankovic corespund îndeaproape celei mai recente (și studiate) perioade din istoria Pământului (aproximativ în ultimii 400.000 de ani). În această perioadă, calendarul perioadelor glaciare și interglaciare este atât de aproape de schimbările din perioadele de forțare orbitală Milankovic, încât este cea mai larg acceptată explicație pentru ultima glacia.

Plăci tectonice:Înregistrarea geologică arată o corelație aparentă între debutul vârstei de gheață și pozițiile continentelor Pământului. În aceste perioade, s-au aflat în poziții care au perturbat sau blocat fluxul de apă caldă către stâlpi, permițând astfel formarea straturilor de gheață.

La rândul său, a crescut albedo-ul Pământului, ceea ce reduce cantitatea de energie solară absorbită de atmosfera și crusta Terrei. Aceasta a dus la o buclă de feedback pozitivă, în care avansul foilor de gheață a crescut și mai mult albedo-ul Pământului și a permis mai multă răcire și mai multă glaciație. Aceasta ar continua până la apariția unui efect de seră care a pus capăt perioadei de glaciație.

Pe baza epocilor de gheață trecute, au fost identificate trei configurații care ar putea duce la o epocă a gheții - un continent așezat deasupra polului Pământului (așa cum face Antarctica astăzi); o mare polară fiind blocată pe uscat (așa cum este astăzi Oceanul Arctic); și un super continent care acoperă cea mai mare parte a ecuatorului (așa cum a făcut Rodinia în perioada criogeniană).

În plus, unii oameni de știință consideră că lanțul montan Himalaya - care s-a format acum 70 de milioane de ani - a jucat un rol major în cea mai recentă epocă de gheață. Prin creșterea precipitațiilor totale ale Pământului, a crescut, de asemenea, viteza cu care CO² a fost eliminat din atmosferă (scăzând astfel efectul de seră). Existența sa a paralelat și cu scăderea pe termen lung a temperaturii medii a Pământului în ultimii 40 de milioane de ani.

Compoziție atmosferică: Există dovezi că nivelurile de gaze cu efect de seră scad odată cu avansul straturilor de gheață și cresc odată cu retragerea lor. Conform ipotezei „Snowball Earth” - în care gheața a acoperit complet sau foarte aproape planeta cel puțin o dată în trecut - epoca de gheață a Proterozoicului târziu a fost încheiată de o creștere a nivelurilor de CO² în atmosferă, care a fost atribuită vulcanicului erupții.

Cu toate acestea, există cei care sugerează că nivelurile crescute de dioxid de carbon pot fi servit ca mecanism de feedback, mai degrabă decât cauza. De exemplu, în 2009, o echipă internațională de oameni de știință a realizat un studiu - intitulat „Ultimul maxim glaciar” - care a indicat că o creștere a iradierii solare (adică a energiei absorbite de la Soare) a furnizat schimbarea inițială, în timp ce gazele cu efect de seră au reprezentat magnitudinea schimbării.

Epocile majore de gheață:

Oamenii de știință au stabilit că cel puțin cinci vârste majore de gheață au avut loc în istoria Pământului. Printre acestea se numără Huronian, Cryogenian, Andean-Saharan, Karoo și epoca de gheață Qauternary. Epoca de gheață Huroniană este datată Eonului protzerozoic timpuriu, în urmă cu aproximativ 2,4 - 2,1 miliarde de ani, pe baza unor dovezi geologice observate la nordul și nord-estul lacului Huron (și corelate cu depozitele găsite în Michigan și Australia de Vest).

Epoca de gheață criogenă a durat în urmă cu aproximativ 850 până la 630 de milioane de ani și a fost poate cea mai severă din istoria Pământului. Se crede că în această perioadă, ghețurile glaciare au ajuns la ecuator, ducând astfel la un scenariu „Snowball Earth”. De asemenea, se crede că s-a încheiat din cauza creșterii bruște a activității vulcanice care a declanșat un efect de seră, deși (după cum s-a menționat) acest lucru este supus dezbaterii.

Epoca de gheață andino-sahariană a avut loc în perioada Ordovicianului târziu și a perioadei Siluriene (cu aproximativ 460-420 milioane de ani în urmă). După cum sugerează și numele, probele de aici se bazează pe eșantioane geologice prelevate din lanțul montan Tassili n'Ajjer din Sahara de Vest și corelate prin dovezi obținute din lanțul montan andin din America de Sud (precum și din peninsula Arabică și sud Bazinul Amazonului).

Epoca de gheață de la Karoo este atribuită evoluției plantelor terestre în timpul debutului perioadei Devonian (cca. Cu 360 până la 260 de milioane de ani în urmă) care a provocat o creștere pe termen lung a nivelului planetar de oxigen și o reducere a nivelurilor de CO² - ceea ce a dus la un nivel global răcire. Acesta poartă numele depozitelor sedimentare care au fost descoperite în regiunea Karoo din Africa de Sud, cu dovezi corelative găsite în Argentina.

Epoca glaciară actuală, cunoscută sub numele de glaciația Pliocen-Cuaternar, a început în urmă cu aproximativ 2,58 milioane de ani în timpul Pliocenului târziu, când a început răspândirea straturilor de gheață în emisfera nordică. De atunci, lumea a cunoscut mai multe perioade glaciare și interglaciare, în care straturile de gheață avansează și se retrag pe scări de timp cuprinse între 40.000 și 100.000 de ani.

Pământul se află în prezent într-o perioadă interglaciară, iar ultima perioadă glaciară s-a încheiat în urmă cu aproximativ 10.000 de ani. Ceea ce rămâne din ghețurile continentale care s-au întins cândva pe glob sunt acum limitate la Groenlanda și Antarctica, precum și la ghețarii mai mici - precum cea care acoperă insula Baffin.

Schimbări climatice antropice:

Rolul exact pe care îl joacă toate mecanismele cărora li se atribuie epoca de gheață - adică forțarea orbitală, forțarea solară, activitatea geologică și vulcanică - nu sunt încă înțelese în întregime. Cu toate acestea, având în vedere rolul dioxidului de carbon și al altor emisii de gaze cu efect de seră, în ultimele decenii s-a preocupat foarte mult de efectele pe termen lung ale activității umane asupra planetei.

De exemplu, în cel puțin două vârste majore de gheață, creștea criogenă și epoca de gheață Karoo, crește și scade gazele cu efect de seră atmosferice, a crezut că au jucat un rol major. În toate celelalte cazuri, în care forțarea orbitală se crede a fi cauza principală a sfârșitului vârstei de gheață, emisiile crescute de gaze cu efect de seră au fost în continuare responsabile pentru feedback-ul negativ care a dus la creșteri și mai mari ale temperaturii.

Adăugarea de CO2 prin activitatea umană a jucat, de asemenea, un rol direct în schimbările climatice care au loc în întreaga lume. În prezent, arderea combustibililor fosili de către oameni constituie cea mai mare sursă de emisii de dioxid de carbon (aproximativ 90%) la nivel mondial, care este unul dintre principalele gaze cu efect de seră care permite forțarea radiațiilor (de asemenea, efectul de seră).

În 2013, Administrația Națională Oceanică și Atmosferică a anunțat că nivelurile de CO² în atmosfera superioară au ajuns la 400 de părți pe milion (ppm) pentru prima dată de când au început măsurătorile în secolul al XIX-lea. Pe baza ritmului actual cu creșterea emisiilor, NASA estimează că nivelurile de carbon ar putea ajunge între 550 și 800 ppm în secolul următor.

Dacă scenariul anterior este cazul, NASA anticipează o creștere de 2,5 ° C (4,5 ° F) la temperaturile medii globale, ceea ce ar fi durabil. Cu toate acestea, în cazul în care ultimul scenariu se dovedește a fi cazul, temperaturile globale vor crește cu o medie de 4,5 ° C (8 ° F), ceea ce ar face viața insostenibilă pentru multe părți ale planetei. Din acest motiv, se caută alternative pentru dezvoltare și adoptare comercială pe scară largă.

Ce este mai mult, potrivit unui studiu de cercetare din 2012 publicat în Geoștiința naturii- intitulat „Determinarea lungimii naturale a interglaciarului curent” - se estimează că emisiile umane de CO² vor amâna următoarea epocă de gheață. Folosind date de pe orbita Pământului pentru a calcula lungimea perioadelor interglaciare, echipa de cercetare a ajuns la concluzia că următoarea gheață (așteptată în 1500 de ani) va necesita ca nivelurile de CO2 atmosferice să rămână sub aproximativ 240pp.

Învățarea mai multă despre vârstele mai lungi de gheață, precum și perioadele glaciare mai scurte care au avut loc în trecutul Pământului este un pas important către înțelegerea modului în care climatul Terrei se schimbă în timp. Acest lucru este deosebit de important, deoarece oamenii de știință încearcă să determine cât de mult din schimbările climatice moderne sunt create de om și ce măsuri posibile pot fi dezvoltate.

Am scris multe articole despre Epoca de gheață pentru revista Space. Iată noul studiu dezvăluie mica epocă de gheață condusă de vulcanism, un asteroid ucigaș a condus planeta într-o epocă de gheață? A existat un Pământ Slushball și Marte a venit dintr-o epocă de gheață?

Dacă doriți mai multe informații pe Pământ, consultați Ghidul de explorare a sistemelor solare NASA pe Pământ. Și iată un link către Observatorul Pământ al NASA.

Am înregistrat, de asemenea, un episod din distribuția Astronomiei despre planeta Pământ. Ascultă aici, episodul 51: Pământ și episodul 308: Schimbările climatice.

Sursă: