Zlodowacenie czwartorzędowe - Quaternary glaciation

Zlodowacenie półkuli północnej podczas maksimum ostatniego zlodowacenia . Utworzenie pokrywy lodowej o grubości od 3 do 4 km (1,9 do 2,5 mil) odpowiada globalnemu spadkowi poziomu morza o około 120 m (390 stóp)

Czwartorzędowe zlodowacenia , znany również jako zlodowacenia w plejstocenie , jest seria przemienny lodowcowych i interglacjalnych okresach podczas czwartorzędu okres, który rozpoczął 2,58 Ma (w mln lat temu) i jest w toku. Chociaż geolodzy opisują cały okres do chwili obecnej jako „ epokę lodowcową ”, w kulturze popularnej termin „epoka lodowcowa” jest zwykle kojarzony tylko z ostatnim okresem zlodowacenia w plejstocenie lub ogólnie w epoce plejstocenu . Ponieważ planeta Ziemia wciąż ma pokrywy lodowe, geolodzy uważają, że zlodowacenie czwartorzędu trwa, a Ziemia doświadcza teraz okresu międzylodowcowego.

Podczas zlodowacenia czwartorzędowego pojawiły się pokrywy lodowe . W okresach zlodowaceń rozszerzały się, aw okresach międzylodowcowych kurczyły . Od końca ostatniego zlodowacenia jedynymi ocalałymi lądolodami są lądolody Antarktydy i Grenlandii . Inne lądolody, takie jak pokrywa lodowa Laurentide , uformowane w okresach lodowcowych, całkowicie stopiły się i zniknęły podczas interglacjałów. Głównymi skutkami zlodowacenia czwartorzędowego była erozja ziemi i osadzanie się materiału, zarówno na dużej części kontynentów; modyfikacja systemów rzecznych ; tworzenie milionów jezior , w tym rozwój jezior pluwialnych z dala od brzegów lodowych; zmiany poziomu morza ; izostatyczne regulacja od ziemskiej skorupy ; powódź; i nienormalne wiatry. Same pokrywy lodowe, podnosząc albedo (stopień, w jakim energia promienista Słońca odbija się od Ziemi) wytworzyły znaczące sprzężenie zwrotne, aby jeszcze bardziej schłodzić klimat . Skutki te ukształtowały całe środowiska na lądzie iw oceanach oraz w powiązanych z nimi społecznościach biologicznych.

Przed zlodowaceniem czwartorzędu lód lądowy pojawiał się, a następnie znikał podczas co najmniej czterech innych epok lodowcowych.

Odkrycie

Dowody na zlodowacenie czwartorzędowe zostały po raz pierwszy zrozumiane w XVIII i XIX wieku jako część rewolucji naukowej .

W ciągu ostatniego stulecia szeroko zakrojone obserwacje terenowe dostarczyły dowodów na to, że lądolody pokrywały dużą część Europy , Ameryki Północnej i Syberii . Mapy cech lodowcowych zostały opracowane po wielu latach badań terenowych przez setki geologów , którzy mapowali położenie i orientację bębnów , ozów , moren , prążków i koryt potoków lodowcowych w celu ujawnienia zasięgu lądolodów , kierunku ich przepływu . oraz lokalizacji systemów kanałów wód roztopowych. Pozwoliły także naukowcom rozszyfrować historię wielu postępów i cofania się lodu. Jeszcze zanim teoria globalnego zlodowacenia została ogólnie zaakceptowana, wielu obserwatorów zauważyło, że nastąpił więcej niż jednokrotny postęp i cofnięcie się lodu.

Opis

Wykres zrekonstruowanej temperatury (niebieski), CO 2 (zielony) i pyłu (czerwony) z rdzenia lodowego stacji Wostok w ciągu ostatnich 420 000 lat

Dla geologów epoka lodowcowa jest naznaczona obecnością dużych ilości lodu lądowego. Przed zlodowaceniem czwartorzędu lód lądowy uformował się w co najmniej czterech wcześniejszych okresach geologicznych: Karoo (360–260 mln mln lat temu), andyjsko-saharyjskiej (450–420 mln mln lat temu), kriogeniczny (720–635 mln mln lat temu) i huroński (2400–600 mln lat temu). 2100 mln lat).

W czwartorzędzie, czyli epoce lodowcowej, występowały również okresowe wahania całkowitej objętości lodu lądowego, poziomu morza i globalnych temperatur. Podczas zimniejszych epizodów (określanych jako okresy zlodowaceń lub po prostu zlodowacenia) w Europie , Ameryce Północnej i na Syberii istniały duże pokrywy lodowe o maksymalnej grubości co najmniej 4 km . Krótsze i cieplejsze odstępy między glacjałami, kiedy lądolody cofały się, określane są mianem interglacjałów . Świadczą o tym zakopane profile gleby, złoża torfu oraz osady jezior i strumieni oddzielające niesortowane, nieuwarstwione osady gruzu polodowcowego.

Początkowo okres fluktuacji wynosił około 41 000 lat, ale po przejściu śródplejstoceńskim uległ 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 glacjalnych.

Cały okres czwartorzędowy, rozpoczynający się 2,58 mln lat temu, jest określany jako epoka lodowcowa, ponieważ co najmniej jedna stała, duża pokrywa lodowapokrywa lodowa Antarktyki — istniała nieprzerwanie. Nie ma pewności, jaka część Grenlandii była pokryta lodem podczas każdego interglacjału.

Obecnie Ziemia znajduje się w okresie interglacjalnym, który zapoczątkował epokę holocenu . Obecny interglacjał rozpoczął się między 15 000 a 10 000 lat temu; To spowodowało, że pokrywy lodowe od ostatniego zlodowacenia do zaczną znikać . Pozostałości tych ostatnich lodowców, zajmujących obecnie około 10% powierzchni lądów na świecie, nadal istnieją na Grenlandii, Antarktydzie i niektórych regionach górskich.

W okresie zlodowaceń obecny (tj. interglacjalny) system hydrologiczny został całkowicie przerwany na dużych obszarach świata, a na innych uległ znacznej modyfikacji. Ze względu na ilość lodu na lądzie poziom morza był o około 120 metrów niższy niż obecny.

Powoduje

Historia zlodowacenia Ziemi jest wytworem wewnętrznej zmienności systemu klimatycznego Ziemi (np. prądy oceaniczne , obieg węgla ), oddziaływującej z wymuszeniami zewnętrznymi przez zjawiska poza systemem klimatycznym (np. zmiany orbity Ziemi , wulkanizm , zmiany mocy słonecznej). ).

Cykle astronomiczne

Rola zmian orbitalnych Ziemi w kontrolowaniu klimatu została po raz pierwszy przedstawiona przez Jamesa Crolla pod koniec XIX wieku. Później Milutin Milanković , serbski geofizyk , rozwinął teorię i obliczył, że te nieregularności orbity Ziemi mogą powodować cykle klimatyczne znane obecnie jako cykle Milankovitcha . Są one wynikiem addytywnego zachowania kilku typów cyklicznych zmian właściwości orbitalnych Ziemi.

Związek orbity Ziemi z okresami zlodowacenia

Zmiany w ekscentryczności orbity Ziemi zachodzą w cyklu około 100 000 lat. Nachylenia lub pochylenie osi ziemskiej zmienia się okresowo pomiędzy 22 ° i 24,5 °, w cyklu 41.000 letniej. Za pory roku odpowiada nachylenie osi Ziemi ; im większe nachylenie, tym większy kontrast między temperaturami letnimi i zimowymi. Precesja równonocy lub wahania osi obrotu Ziemi mają okresowość 26 000 lat. Zgodnie z teorią 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 między porami roku, a nie całkowitej ilości ciepła słonecznego, które Ziemia otrzymuje. Rezultatem jest mniejsze topnienie lodu niż jego akumulacja i tworzenie się lodowców .

Milankovitch opracował idee cykli klimatycznych w latach 20. i 30. XX wieku, ale dopiero w latach 70. opracowano wystarczająco długą i szczegółową chronologię zmian temperatury czwartorzędu, aby odpowiednio przetestować teorię. Badania rdzeni głębinowych i zawartych w nich 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 istnieją od wielu milionów lat, ale zlodowacenie jest zjawiskiem rzadkim. Cykle astronomiczne korelują z okresami lodowcowymi i interglacjalnymi oraz ich przejściami w obrębie długoterminowej epoki lodowcowej, ale nie inicjują tych długoterminowych epok lodowcowych.

Skład atmosferyczny

Jedna z teorii głosi, że spada atmosferycznego CO
2
, ważny gaz cieplarniany , zapoczątkował długoterminowy trend ochłodzenia, który ostatecznie doprowadził do zlodowacenia. Dowody geologiczne wskazują na spadek o ponad 90% atmosferycznego CO
2
od połowy ery mezozoicznej . Analiza CO
2
rekonstrukcje z zapisów alkenonowych pokazują, że CO
2
w atmosferze spadła przed i podczas zlodowacenia antarktycznego i wspiera znaczny CO
2
spadek jako główna przyczyna zlodowacenia Antarktyki.

WSPÓŁ
2
poziomy odgrywają również ważną rolę w przejściach między interglacjałami i glacjałami. Wysoki poziom CO
2
zawartość odpowiada ciepłym okresom interglacjalnym i niskiemu CO
2
do okresów lodowcowych. Jednak badania wskazują, że CO
2
może nie być główną przyczyną przejścia międzylodowcowo-glacjalnego, ale działa jako sprzężenie zwrotne . Wyjaśnienie tego zaobserwowanego CO
2
wariacja „pozostaje trudnym problemem atrybucji”.

Tektonika płyt i prądy oceaniczne

Ważnym elementem rozwoju długookresowych 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. Przez większość czasu geologicznego The North Pole wydaje się być w szerokim, otwartym oceanie, który umożliwił główne prądy oceaniczne, aby przejść słabnie. Wody równikowe spływały w rejony polarne, ogrzewając je. Stworzyło to łagodny, jednolity klimat, który utrzymywał się przez większość czasu geologicznego.

Jednak w erze kenozoicznej duże płyty kontynentalne Ameryki Północnej i Ameryki Południowej dryfowały na zachód od płyty eurazjatyckiej . Związało się to z rozwojem Oceanu Atlantyckiego , biegnącego z północy na południe, z biegunem północnym w małym, prawie śródlądowym basenie Oceanu Arktycznego . Przejście Drake'a zostało otwarte 33,9 miliona lat temu (przejście eocen - oligocen ), oddzielając Antarktydę od Ameryki Południowej . Antarctic Okołobiegunowy Aktualny może następnie przepływać przez niego, izolowanie Antarktydę z ciepłymi wodami i powodując powstawanie ogromnych pokryw lodowych . Przesmyk Panamski opracowany w zbieżnej marginesu płyty około 2,6 milionów lat temu, a ponadto oddziela cyrkulacji oceanicznej, zamykając ostatnią ciasna , poza regionami polarnymi, które podłączone do Pacyfiku i Oceanu Atlantyckiego. Zwiększyło to transport soli i ciepła w kierunku bieguna, wzmacniając cyrkulację termohalinową Północnego Atlantyku , która dostarczała wystarczającej ilości wilgoci na szerokości geograficzne arktyczne, aby stworzyć zlodowacenie północne.

Wzrost gór

Uważa się, że wyniesienie powierzchni kontynentów, często w formie formacji górskich , przyczyniło się do zlodowacenia czwartorzędowego. Współczesne lodowce często korelują z obszarami górzystymi. Stopniowe odsuwanie się większości lądów Ziemi od tropików w połączeniu ze wzrostem formowania się gór w późnym kenozoiku oznaczało więcej powierzchni na dużych wysokościach i szerokościach geograficznych sprzyjających tworzeniu się lodowców. Na przykład pokrywa lodowa Grenlandii powstała w związku z wypiętrzeniem wyżyn zachodniej i wschodniej Grenlandii. Góry zachodniej i wschodniej Grenlandii stanowią pasywne krawędzie kontynentalne, które zostały wypiętrzone w dwóch fazach, 10 i 5 milionów lat temu , w epoce miocenu . Modelowanie komputerowe pokazuje, że wypiętrzenie umożliwiłoby zlodowacenie poprzez zwiększenie opadów orograficznych i obniżenie temperatury powierzchni . W przypadku Andów wiadomo, że Kordyliera Główna wzniosła się na wysokość, która pozwoliła na rozwój lodowców dolinnych około 1 miliona lat temu.

Efekty

Obecność tak dużej ilości lodu na kontynentach miała głęboki wpływ na prawie każdy aspekt systemu hydrologicznego Ziemi. Najbardziej oczywistymi skutkami są spektakularne górskie krajobrazy i inne kontynentalne krajobrazy ukształtowane zarówno przez erozję lodowcową, jak i osadzanie się, zamiast płynącej wody. Całkowicie nowe krajobrazy, obejmujące miliony kilometrów kwadratowych, powstały w stosunkowo krótkim czasie geologicznym. Ponadto ogromne bryły lodu lodowcowego wpłynęły na Ziemię daleko poza brzegami lodowca. Bezpośrednio lub pośrednio skutki zlodowacenia były odczuwalne w każdej części świata.

Jeziora

Zlodowacenie czwartorzędu stworzyło więcej jezior niż wszystkie inne procesy geologiczne razem wzięte. Powodem jest to, że lodowiec kontynentalny całkowicie zaburza system odwadniania przedlodowcowego . Powierzchnia, po której poruszał się lodowiec, została zniszczona i zerodowana przez lód, pozostawiając wiele zamkniętych, nieodpływowych zagłębień w podłożu skalnym. Te zagłębienia wypełniły się wodą i stały się jeziorami.

Schemat powstawania Wielkich Jezior

Wzdłuż brzegów polodowcowych powstały bardzo duże jeziora. Lód zarówno w Ameryce Północnej, jak iw Europie miał około 3000 m grubości w pobliżu centrów 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 pozostało w tyle, tworząc regionalne nachylenie w kierunku lodu. To zbocze utworzyło baseny, które przetrwały tysiące lat. Te baseny stały się jeziorami lub zostały zaatakowane przez ocean. W ten sposób powstały przede wszystkim Morze Bałtyckie i Wielkie Jeziora Ameryki Północnej.

Uważa się, że liczne jeziora Tarczy Kanadyjskiej , Szwecji i Finlandii powstały przynajmniej częściowo w wyniku selektywnej erozji zwietrzałego podłoża skalnego przez lodowce .

Jeziora pluwialne

Warunki klimatyczne powodujące zlodowacenie miały pośredni wpływ na regiony suche i półsuche, oddalone od dużych lądolodów . Zwiększone opady, które zasilały lodowce, zwiększyły również odpływ głównych rzek i przerywanych strumieni, powodując wzrost i rozwój dużych jezior pluwialnych. Większość jezior pluwialnych rozwinęła się w stosunkowo suchych regionach, gdzie zwykle nie było wystarczających opadów deszczu, aby utworzyć system odwadniający prowadzący do morza. Zamiast tego spływ strumienia spływał do zamkniętych basenów i tworzył jeziora playa . Wraz ze wzrostem opadów, jeziora playa powiększały się i przelewały. Jeziora pluwialne były najbardziej rozległe w okresach lodowcowych. Podczas interglacjałów, przy mniejszej ilości opadów, jeziora pluwialne kurczyły się, tworząc małe solniska.

Regulacja izostatyczna

Główne korekty izostatyczne litosfery podczas zlodowacenia czwartorzędowego były spowodowane ciężarem lodu, który obniżył kontynenty. W Kanadzie duży obszar wokół Zatoki Hudsona był obniżony poniżej (współczesnego) poziomu morza, podobnie jak obszar w Europie wokół Morza Bałtyckiego. Ziemia odbija się od tych zagłębień od czasu stopienia lodu. Niektóre z tych ruchów izostatycznych wywołały duże trzęsienia ziemi w Skandynawii około 9000 lat temu. Te trzęsienia ziemi są wyjątkowe, ponieważ nie są związane z tektoniką płyt .

Badania wykazały, że wzrost nastąpił w dwóch odrębnych etapach. Początkowe wypiętrzenie po deglacjacji było szybkie (zwane „elastycznym”) i miało miejsce podczas rozładowywania lodu. Po tej „elastycznej” fazie podnoszenie postępuje zgodnie z „powolnym lepkim przepływem”, więc po tym tempo spada wykładniczo . Obecnie typowy wzrost podniesienia jest rzędu 1 cm rocznie lub mniej. W północnej Europie wyraźnie pokazują to dane GPS uzyskane przez sieć BIFROST GPS. Badania sugerują, że odbicie będzie trwało przez co najmniej kolejne 10 000 lat. Całkowite wypiętrzenie od końca deglacjacji zależy od lokalnego obciążenia lodem i może wynosić kilkaset metrów w pobliżu środka odbicia.

Wiatry

Obecność lodu na tak dużej części kontynentów znacznie zmieniła wzorce cyrkulacji atmosferycznej. Wiatry w pobliżu krawędzi lodowcowych były silne i uporczywe ze względu na obfitość gęstego, zimnego powietrza wydobywającego się z pól lodowcowych. Wiatry te zbierały i transportowały duże ilości luźnego, drobnoziarnistego osadu sprowadzonego przez lodowce. Pył ten gromadził się jako less ( nawiany wiatrem muł), tworząc nieregularne koce na większości doliny rzeki Missouri , Europy Środkowej i północnych Chin.

Wydmy piaskowe były znacznie bardziej rozpowszechnione i aktywne na wielu obszarach we wczesnym okresie czwartorzędu. Dobrym przykładem jest region Sand Hills w stanie Nebraska w USA, który zajmuje powierzchnię około 60 000 km 2 (23 166 mil kwadratowych). Region ten był dużym, aktywnym polem wydmowym w epoce plejstocenu , ale dziś jest w dużej mierze ustabilizowany przez pokrycie trawą.

prądy oceaniczne

Grube lodowce były wystarczająco ciężkie, aby dotrzeć do dna morskiego w kilku ważnych obszarach, co blokowało przepływ wody oceanicznej i wpływało na prądy oceaniczne. Oprócz tych bezpośrednich skutków spowodowała również efekty sprzężenia zwrotnego, ponieważ prądy oceaniczne przyczyniają się do globalnego przenoszenia ciepła.

Depozyty złota

Moreny i gliny zwałowe odłożone przez lodowce czwartorzędowe przyczyniły się do powstania cennych złóż złota. Tak jest w przypadku najbardziej wysuniętego na południe Chile, gdzie przeróbka moren czwartorzędowych doprowadziła do koncentracji złota na morzu.

Zapisy dotyczące wcześniejszego zlodowacenia

500 milionów lat zmian klimatycznych .

Zlodowacenie było rzadkim wydarzeniem w historii Ziemi, ale istnieją dowody na rozległe zlodowacenie w późnej erze paleozoicznej (300 do 200 milionów lat temu) i późnym prekambrze (tj. epoce neoproterozoicznej , 800 do 600 milionów lat temu). Przed obecną epoką lodowcową , która rozpoczęła się od 2 do 3 lat temu, klimat Ziemi był zazwyczaj łagodny i jednolity przez długie okresy czasu. Ta historia klimatyczna wynika z rodzajów kopalnych roślin i zwierząt oraz cech osadów zachowanych w zapisie stratygraficznym . Istnieją jednak rozległe osady lodowcowe, odnotowujące kilka głównych okresów starożytnego zlodowacenia w różnych częściach historii geologicznej. Takie dowody sugerują główne okresy zlodowacenia przed obecnym zlodowaceniem czwartorzędu.

Jeden z najlepiej udokumentowanych zapisów zlodowacenia przedczwartorzędowego, zwany epoką lodowcową Karoo , znajduje się w skałach późnego paleozoiku w Afryce Południowej , Indiach , Ameryce Południowej , Antarktydzie i Australii . Liczne są na tych terenach odsłonięcia osadów starożytnych polodowcowych. Depozyty jeszcze starszych osadów lodowcowych występują na każdym kontynencie z wyjątkiem Ameryki Południowej. Wskazują one, że dwa inne okresy powszechnego zlodowacenia wystąpiły podczas późnego prekambru, wytwarzania Snowball Ziemię podczas kriogen okresie.

Następny okres lodowcowy

Wzrost atmosferycznego CO
2
od rewolucji przemysłowej .

Trend ocieplenia następujący po ostatnim zlodowaceniu , od około 20 000 lat temu, spowodował wzrost poziomu morza o około 130 metrów (427 stóp). Ten trend ocieplenia ustąpił około 6000 lat temu, a poziom morza był stosunkowo stabilny od neolitu . Obecny okres interglacjalny ( optimum klimatyczny holocenu ) był dość stabilny i ciepły, ale poprzedni został przerwany licznymi, trwającymi setki lat okresami chłodu. Jeśli poprzedni okres był bardziej typowy niż obecny, to okres stabilnego klimatu, który umożliwił rewolucję neolityczną, a co za tym idzie, cywilizację ludzką , mógł być możliwy tylko dzięki bardzo niezwykłemu okresowi stabilnej temperatury.

W oparciu o modele orbitalne trend ochładzania zapoczątkowany około 6000 lat temu będzie trwał przez kolejne 23 000 lat. Niewielkie zmiany parametrów orbity Ziemi mogą jednak wskazywać, że nawet bez udziału człowieka nie będzie kolejnego okresu zlodowacenia przez następne 50 000 lat. Możliwe, że obecny trend ochłodzenia może zostać przerwany przez fazę międzystadialną (okres cieplejszy) za około 60 000 lat, a kolejne maksimum lodowcowe osiągnie dopiero za około 100 000 lat.

Na podstawie wcześniejszych szacunków dla interglacjałów trwających około 10 000 lat, w latach 70. istniała obawa, że nadejdzie kolejny okres zlodowacenia . Jednak niewielkie zmiany w ekscentryczności orbity Ziemi wokół Słońca sugerują długi okres interglacjalny trwający około 50 000 lat. Dodatkowo, wpływ człowieka jest obecnie postrzegany jako prawdopodobnie wydłużenie tego, co już byłoby niezwykle długim, ciepłym okresem. Projekcja osi czasu dla następnego maksimum lodowcowego zależy przede wszystkim od ilości CO
2
w atmosferze
. Modele z założeniem zwiększonego CO
2
poziomy na 750 części na milion ( ppm ; obecne poziomy wynoszą 407 ppm) oszacowali trwałość obecnego okresu interglacjalnego na kolejne 50 000 lat. Jednak nowsze badania wykazały, że ilość gazów zatrzymujących ciepło emitowanych do ziemskich oceanów i atmosfery zapobiegnie kolejnemu zlodowaceniu (epoce lodowcowej), która w przeciwnym razie rozpoczęłaby się za około 50 000 lat i prawdopodobnie więcej cykli lodowcowych.

Bibliografia

Zewnętrzne linki

Słownikowa definicja zlodowacenia w Wikisłowniku

Powoduje