KAS IR LEDUS LAIKMETS?

Send

Zinātnieki kādu laiku ir zinājuši, ka Zeme iet cauri klimatisko izmaiņu cikliem. Sakarā ar izmaiņām Zemes orbītā, ģeoloģiskajiem faktoriem un / vai Saules enerģijas izmaiņām, Zeme dažkārt piedzīvo ievērojamu savas virsmas un atmosfēras temperatūras pazemināšanos. Tā rezultātā rodas ilgstoši apledojuma periodi jeb tas, kas vairāk tiek sarunāts kā “ledus laikmets”.

Šos periodus raksturo ledus lapu augšana un paplašināšanās visā Zemes virsmā, kas notiek ik pēc dažiem miljoniem gadu. Pēc definīcijas mēs joprojām atrodamies pēdējā lielajā ledus laikmetā - kas sākās vēlīnā Pliocēna laikmetā (apmēram pirms 2,58 miljoniem gadu) - un šobrīd atrodas starpglacionālais periods, ko raksturo ledāju atkāpšanās.

Definīcija:

Kaut arī termins “ledus laikmets” dažkārt tiek liberāli izmantots, lai apzīmētu aukstos periodus Zemes vēsturē, tas mēdz uzskatīt ledāju periodu sarežģītību. Visprecīzākā definīcija būtu tāda, ka ledus laikmets ir laikposmi, kad ledus loksnes un ledāji izplešas pa visu planētu, kas atbilst ievērojamiem globālās temperatūras kritumiem un var ilgt miljoniem gadu.

Ledus laikmeta laikā starp ekvatoru un poliem pastāv ievērojamas temperatūras atšķirības, un ir arī pierādīts, ka dziļūdens līmeņa pazemināšanās. Tas ļauj izplesties lieliem ledājiem (salīdzināmiem ar kontinentiem), pārklājot lielu daļu planētas virsmas. Kopš pirms Kambrijas laikmeta (aptuveni pirms 600 miljoniem gadu) ledus laikmeti ir notikuši plašos kosmosa intervālos, apmēram 200 miljoni gadu.

Studiju vēsture:

Pirmais zinātnieks, kurš teorēja par pagātnes ledāju periodiem, bija 18. gadsimta Šveices inženieris un ģeogrāfs Pjērs Martels. 1742. gadā, apmeklējot Alpu ieleju, viņš rakstīja par lielu iežu izkliedi neparastos veidojumos, ko vietējie iedzīvotāji attiecināja uz ledājiem, kuri savulaik bija izstiepušies daudz tālāk. Nākamajās desmitgadēs līdzīgiem laukakmeņu izplatības modeļiem citās pasaules daļās sāka parādīties līdzīgi skaidrojumi.

Sākot no 18. gadsimta vidus, Eiropas zinātnieki arvien vairāk sāka apsvērt ledu kā akmeņainu materiālu pārvadāšanas līdzekli. Tas ietvēra laukakmeņu klātbūtni piekrastes zonās Baltijas valstīs un Skandināvijas pussalā. Tomēr tas bija dāņu-norvēģu ģeologs Jenss Esmarks (1762–1839), kurš pirmais apgalvoja, ka pastāv virkne pasaules mēroga ledus laikmetu.

Šī teorija tika detalizēti aprakstīta 1824. gadā publicētajā rakstā, kurā viņš ierosināja, ka Zemes klimatā ir notikušas pārmaiņas (kas bija saistītas ar izmaiņām tās orbītā). Tam 1832. gadā sekoja vācu ģeologs un mežsaimniecības profesors Albrehts Reinhards Bernhards, prātojot par to, kā polārie ledus vāciņi kādreiz varēja sasniegt pat pasaules mērenās joslas.

Tajā pašā laikā vācu botāniķis Kārlis Frīdrihs Šimpers un šveiciešu-amerikāņu biologs Luiss Agassizs sāka patstāvīgi attīstīt savu teoriju par globālo apledojumu, kā rezultātā Šimpers 1837. gadā sāka izmantot jēdzienu “ledus laikmets”. Līdz 19. gadsimta beigām ledus laikmeta teorija pamazām sāka plaši atbalstīt priekšstatu, ka Zeme pakāpeniski atdziest no sākotnējā, kausētā stāvokļa.

Līdz 20. gadsimtam serbu polimāts Milutins Milankovičs izstrādāja savu Milankovic ciklu koncepciju, kas saistīja ilgtermiņa klimata izmaiņas ar periodiskām izmaiņām Zemes orbītā ap Sauli. Tas piedāvāja pierādāmu ledus laikmetu skaidrojumu un ļāva zinātniekiem prognozēt, kad Zemes klimatā varētu notikt nozīmīgas izmaiņas.

Liecības par ledus laikmetu:

Ledus laikmeta teorijai ir trīs pierādījumu veidi, sākot no ģeoloģiskā un ķīmiskā līdz paleontoloģiskajam (t.i., fosiliju reģistrs). Katram no tiem ir savas īpašās priekšrocības un trūkumi, un tie ir palīdzējuši zinātniekiem radīt vispārēju izpratni par ledus laikmetu ietekmi uz ģeoloģiskajiem ierakstiem pēdējos pāris miljardos gadu.

Ģeoloģiskais: Ģeoloģiskie pierādījumi ietver iežu tīrīšanu un skrāpēšanu, cirsts ielejas, savdabīgu grēdu veidošanos un nekonsolidēta materiāla (morēnas) un lielu iežu nogulsnēšanos neparastos veidojumos. Lai arī šāda veida pierādījumi vispirms noveda pie ledus laikmeta teorijas, tie joprojām ir temperamentīgi.

Pirmkārt, secīgiem apledojuma periodiem ir atšķirīga ietekme uz reģionu, kas laika gaitā mēdz izkropļot vai izdzēst ģeoloģiskos pierādījumus. Turklāt ir grūti precīzi noteikt ģeoloģiskos pierādījumus, kas rada problēmas, kad nepieciešams precīzi novērtēt, cik ilgi ir notikuši ledāju un starpledus periodi.

Ķīmiskais: Tas lielākoties sastāv no izotopu proporciju izmaiņām fosilijās, kas atklātas nogulumu un iežu paraugos. Jaunākajos ledāju periodos ledus serdeņus izmanto, lai izveidotu globālo temperatūras ierakstu, galvenokārt no smagāku izotopu klātbūtnes (kas izraisa augstāku iztvaikošanas temperatūru). Tajos bieži ir arī gaisa burbuļi, kurus izmeklē, lai noteiktu atmosfēras sastāvu tajā laikā.

Ierobežojumus tomēr rada dažādi faktori. Starp tiem galvenokārt ir izotopu koeficienti, kuriem var būt ievērojama ietekme uz precīzu iepazīšanos. Bet, kas attiecas uz visjaunākajiem ledāju un starpledus periodiem (t.i., pēdējo dažu miljonu gadu laikā), ledus serdeņu un okeāna nogulumu kodolu paraugi joprojām ir visuzticamākā pierādījumu forma.

Paleontoloģiskais: Šie pierādījumi sastāv no izmaiņām fosiliju ģeogrāfiskajā sadalījumā. Būtībā organismi, kas plaukst siltākos apstākļos, ledāju periodos izmirst (vai zemākajos platuma grādos kļūst ļoti ierobežoti), bet auksti adaptētie organismi plaukst šajos pašos platuma grādos. Ergo, samazināts fosiliju daudzums augstākajos platuma grādos ir ledus ledus izplatības norāde.

Arī šos pierādījumus var būt grūti interpretēt, jo tiem ir nepieciešams, lai fosilijas būtu attiecināmas uz pētāmo ģeoloģisko periodu. Tas arī prasa, lai nogulumi plašos platuma grādos un ilgos laika periodos uzrādītu izteiktu korelāciju (sakarā ar Zemes garozas izmaiņām laika gaitā). Turklāt ir daudz seno organismu, kas miljoniem gadu ir parādījuši spēju pārdzīvot apstākļu izmaiņas.

Tā rezultātā zinātnieki, kur vien iespējams, paļaujas uz kombinētu pieeju un vairākām pierādījumu līnijām.

Ledus vecumu cēloņi:

Zinātniskā vienprātība ir tāda, ka ledus laikmeta sākšanos veicina vairāki faktori. Tie ietver izmaiņas Zemes orbītā ap Sauli, tektonisko plākšņu kustību, Saules enerģijas izmaiņas, atmosfēras sastāva izmaiņas, vulkānisko aktivitāti un pat lielu meteorītu ietekmi. Daudzi no tiem ir savstarpēji saistīti, un par katras spēles precīzo lomu tiek diskutēts.

Zemes orbīta: Būtībā Zemes orbīta ap Sauli laika gaitā ir pakļauta cikliskām izmaiņām - parādība, kas pazīstama arī kā Milankovic (vai Milankovitch) cikli. Tos raksturo mainīgie attālumi no Saules, Zemes ass precese un mainīgais Zemes ass slīpums - tas viss izraisa Zemes uztvertās saules gaismas pārdali.

Pārliecinošākie pierādījumi par Milankovic orbītas piespiešanu precīzi atbilst jaunākajam (un izpētītajam) periodam Zemes vēsturē (apmēram pēdējos 400 000 gados). Šajā periodā ledāju un starpledus periodu grafiks ir tik tuvu izmaiņām Milankovic orbītas piespiešanas periodos, ka tas ir visizplatītākais pēdējā ledus laikmeta skaidrojums.

Tektoniskās plāksnes:Ģeoloģiskais ieraksts parāda acīmredzamu korelāciju starp ledus laikmetu sākumu un Zemes kontinentu stāvokli. Šajos periodos viņi atradās vietās, kas traucēja vai bloķēja siltā ūdens plūsmu uz poliem, tādējādi ļaujot veidoties ledus loksnēm.

Tas, savukārt, palielināja Zemes albedo, kas samazina saules enerģijas daudzumu, ko absorbē Zemes atmosfēra un garoza. Tā rezultātā tika iegūta pozitīva atgriezeniskā saite, kur ledus lapu progresēšana vēl vairāk palielināja Zemes albedo un ļāva vairāk atdzist un palielināt apledojumu. Tas turpinātuies, līdz siltumnīcas efekta parādīšanās beidza apledojuma periodu.

Balstoties uz iepriekšējiem ledus laikmetiem, ir noteiktas trīs konfigurācijas, kas varētu izraisīt ledus laikmetu - kontinents, kas sēž virs Zemes pole (kā to šodien dara Antarktīda); polārā jūra ir aizslēgta (līdz ar to šodien ir Ziemeļu Ledus okeāns); un superkontinents, kas aptver lielāko daļu ekvatora (kā to izdarīja Rodinia Kiogēnijas periodā).

Turklāt daži zinātnieki uzskata, ka Himalaju kalnu ķēdei, kas izveidojās pirms 70 miljoniem gadu, pēdējā laika ledus laikmetā ir bijusi liela loma. Palielinot kopējo Zemes nokrišņu daudzumu, tas ir palielinājis arī CO 2 izdalīšanās ātrumu no atmosfēras (tādējādi samazinot siltumnīcas efektu). Tā pastāvēšana ir paralēla arī Zemes vidējās temperatūras ilgtermiņa pazeminājumam pēdējo 40 miljonu gadu laikā.

Atmosfēras sastāvs: Ir pierādījumi, ka siltumnīcefekta gāzu līmenis pazeminās līdz ar ledus veidošanos un paaugstinās līdz ar to atkāpšanos. Saskaņā ar hipotēzi “Sniega bumbas zeme” - kurā ledus vismaz vienu reizi agrāk bija pilnībā vai gandrīz gandrīz pārklājis planētu - vēlu Proterozoika ledus laikmetu noslēdza ar CO 2 līmeņa paaugstināšanos atmosfērā, ko attiecināja uz vulkāniskiem izvirdumi.

Tomēr ir daži, kas norāda, ka paaugstināts oglekļa dioksīda līmenis varētu būt kalpojis kā atgriezeniskās saites mehānisms, nevis iemesls. Piemēram, 2009. gadā starptautiska zinātnieku grupa sagatavoja pētījumu ar nosaukumu “The Last Glacial Maximum”, kas norādīja, ka saules izstarojuma (ti, saules absorbētās enerģijas) palielināšanās nodrošina sākotnējās izmaiņas, savukārt siltumnīcefekta gāzu veidošanās pārmaiņu lielums.

Lielākie ledus laikmeti:

Zinātnieki ir noteikuši, ka Zemes vēsturē ir notikuši vismaz pieci galvenie ledus laikmeti. Tie ietver Huronian, Cryogenian, Andu-Sahāras, Karoo un Qauternary ledus laikmetus. Huronijas ledus laikmets ir datēts ar agrīno Protzerozoic Eonu, aptuveni pirms 2,4–2,1 miljardiem gadu, pamatojoties uz ģeoloģiskiem pierādījumiem, kas novēroti Hurona ezera ziemeļos un ziemeļaustrumos (un korelēti ar atradnēm Mičiganā un Austrālijas rietumos).

Kiogēnijas ledus laikmets ilga aptuveni no 850 līdz 630 miljoniem gadu atpakaļ un, iespējams, bija vissmagākais Zemes vēsturē. Tiek uzskatīts, ka šajā periodā ledāju ledus lapas sasniedza ekvatoru, tādējādi novedot pie “Snowball Earth” scenārija. Tāpat tiek uzskatīts, ka tas beidzās pēkšņas vulkāniskās aktivitātes palielināšanās dēļ, kas izraisīja siltumnīcas efektu, lai gan (kā minēts) par to notiek debates.

Andu un Sahāras ledus laikmets notika vēlu Ordoviča un Silūrijas periodā (aptuveni pirms 460 līdz 420 miljoniem gadu). Kā norāda nosaukums, šeit sniegto pierādījumu pamatā ir ģeoloģiskie paraugi, kas ņemti no Tassili n'Ajjer kalnu grēdas Sahāras rietumos, un korelē ar pierādījumiem, kas iegūti no Andu kalnu ķēdes Dienvidamerikā (kā arī Arābijas pussalā un dienvidos Amazones baseins).

Karoo ledus laikmets tiek attiecināts uz sauszemes augu evolūciju devona perioda sākumā (apmēram pirms 360 līdz 260 miljoniem gadu), kas izraisīja ilgstošu planētas skābekļa līmeņa paaugstināšanos un CO 2 līmeņa pazemināšanos - izraisot globālu dzesēšana. Tas ir nosaukts pēc nogulumiežu atradnēm, kas tika atklātas Dienvidāfrikas Karoo reģionā, ar Argentīnā atrastajiem korelācijas pierādījumiem.

Pašreizējais ledus laikmets, kas pazīstams kā Pliocēna un Kvartāra apledojums, aizsākās apmēram pirms 2,58 miljoniem gadu vēlā Pliocēna laikā, kad sākās ledus lapu izplatīšanās ziemeļu puslodē. Kopš tā laika pasaule ir piedzīvojusi vairākus ledus un starpledus periodus, kad ledus loksnes virzās uz priekšu un atkāpjas laika skalā no 40 000 līdz 100 000 gadu.

Zeme šobrīd atrodas starpglaciālā periodā, un pēdējais ledus periods beidzās pirms apmēram 10 000 gadiem. Tas, kas palicis no kontinentālajām ledus loksnēm, kas savulaik stiepās pa visu zemeslodi, tagad ir ierobežots ar Grenlandi un Antarktiku, kā arī mazāki ledāji - piemēram, tas, kas pārklāj Baffin salu.

Antropogēnas klimata izmaiņas:

To, cik precīzi spēlē visi mehānismi, kuriem tiek piedēvēti ledus laikmeti - t.i., orbītas piespiešana, saules piespiešana, ģeoloģiskā un vulkāniskā aktivitāte -, vēl nav pilnībā izprasta. Tomēr, ņemot vērā oglekļa dioksīda un citu siltumnīcefekta gāzu emisiju nozīmi, pēdējās desmitgadēs ir radušās lielas bažas par to, kāda ilgtermiņa ietekme uz planētu būs cilvēka darbībai.

Piemēram, tiek uzskatīts, ka vismaz divos lielos ledus laikmetos - Kriogēnijas un Karoo ledus laikmetā - atmosfēras siltumnīcefekta gāzu palielinājumam un samazinājumam ir bijusi liela loma. Visos citos gadījumos, kad tiek uzskatīts, ka orbītas piespiešana ir galvenais iemesls ledus laikmeta beigām, palielinātas siltumnīcefekta gāzu emisijas joprojām bija atbildīgas par negatīvajām atsauksmēm, kas izraisīja vēl lielāku temperatūras paaugstināšanos.

Cilvēka darbības izraisītajam CO2 pievienojumam ir bijusi arī tieša loma klimatiskajās izmaiņās, kas notiek visā pasaulē. Pašlaik cilvēku fosilā kurināmā sadedzināšana ir lielākais oglekļa dioksīda emisiju avots (aptuveni 90%) visā pasaulē, kas ir viena no galvenajām siltumnīcefekta gāzēm, kas ļauj izstarot radiāciju (pazīstama arī kā siltumnīcas efekts).

2013. gadā Nacionālā okeāna un atmosfēras pārvalde paziņoja, ka CO 2 līmenis atmosfēras augšējā daļā sasniedz 400 daļas uz miljonu (ppm), pirmo reizi kopš mērījumiem sākās 19. gadsimtā. Balstoties uz pašreizējo emisiju pieauguma tempu, NASA lēš, ka oglekļa līmenis nākamajā gadsimtā varētu sasniegt no 550 līdz 800 ppm.

Ja tas ir iepriekšējais scenārijs, NASA paredz vidējās globālās temperatūras paaugstināšanos par 2,5 ° C (4,5 ° F), kas būtu ilgtspējīga. Tomēr, ja izrādīsies, ka pēdējais scenārijs notiek, globālā temperatūra paaugstināsies vidēji par 4,5 ° C (8 ° F), kas daudzās planētas daļās padarītu dzīvi neizturamu. Šī iemesla dēļ tiek meklētas alternatīvas attīstībai un plaši izplatītai komerciālai ieviešanai.

Turklāt saskaņā ar 2012. gada pētījumu, kas publicēts Dabas ģeozinātne- ar nosaukumu “Pašreizējā starpglaziskā dabiskā garuma noteikšana” - sagaidāms, ka arī CO 2 izmeši cilvēkam atliks nākamo ledus laikmetu. Izmantojot datus par Zemes orbītu, lai aprēķinātu starpglazālo periodu ilgumu, pētnieku grupa secināja, ka nākamajam ledam (sagaidāms 1500 gadu laikā) būtu nepieciešams, lai atmosfēras CO 2 līmeņi paliktu zem aptuveni 240? Ppm.

Uzzināt vairāk par ilgākajiem ledus laikmetiem, kā arī īsākiem ledus periodiem, kas notikuši Zemes pagātnē, ir svarīgs solis ceļā uz izpratni par to, kā Zemes klimats mainās laika gaitā. Tas ir īpaši svarīgi, jo zinātnieki cenšas noteikt, cik liela daļa mūsdienu klimata pārmaiņu ir cilvēku radītas, un kādus iespējamos pretpasākumus var izstrādāt.

Mēs esam uzrakstījuši daudzus rakstus par ledus laikmetu žurnālam Space. Šis jaunais pētījums atklāj nelielu vulkānisma vadītu ledus laikmetu: Vai slepkavas asteroīds noveda planētu ledus laikmetā? Vai bija Slushball Zeme? Un vai Marss iznāk no ledus laikmeta?

Ja vēlaties iegūt vairāk informācijas par Zemes, iepazīstieties ar NASA Saules sistēmas izpētes rokasgrāmatu uz Zemes. Un šeit ir saite uz NASA Zemes novērošanas centru.

Mēs esam ierakstījuši arī epizodi no astronomijas, kas stāsta par visu planētu Zeme. Klausieties šeit, 51. epizode: Zeme un 308. sērija: Klimata izmaiņas.

Avots: