Jordens sista stora istid, känd som Quaternay Glaciation, började för ungefär 3,2 miljoner år sedan. Denna period kännetecknades av expanderingen av isark från Antarktis och Grönland, liksom fluktuationen av Laurentian-isarken, som täckte större delen av Kanada och USA. Tillbakadragningen av denna glaciär ansvarar för skapandet av miljoner stående vattendrag över Nordamerika, inklusive de stora sjöarna.
Medan orsakerna till istiden har tillskrivits en kombination av astronomiska cykler, atmosfäriska förhållanden, havströmmar och plattaktonik, har en fullständig förklaring hittills saknats. Enligt ett nytt forskningsresultat från ett team från Rice University-geofysiker kan jordens senaste istid emellertid ha orsakats av förskjutningar i jorden relativt dess snurraxel som fick dess poler att vandra.
Denna studie genomfördes av Daniel Woodworth och Richard G. Gordon - en doktorand och W.M. Keck professor i jord-, miljö- och planvetenskap vid Rice University respektive - och nyligen dök upp i tidskriften Geofysiska forskningsbrev. För deras studie, som stöds av National Science Foundation (NSF), analyserade Woodworth och Gordon geofysiska bevis från Stilla havet.
Detta inkluderade fossila signaturer från djuphavsediment, magnetisk signatur av havskorpan och placeringen av manteln "hot spot" som skapade Hawaiiöarna. Från detta drog teamet slutsatsen att jorden under de senaste 12 miljoner åren upplevde ”äkta polarvandring” - ett fenomen där planeten skiftade relativt sin snurraxel.
När detta inträffar förändras platserna för norra och södra polerna (eller vandra). I detta fall rörde Grönland sig tillräckligt långt mot nordpolen för att starta den senaste istiden. Som Woodworth förklarade i ett nyhetsmeddelande från Rice University:
”Den hawaiianska hotspotsen var fixerad, relativt snurraxeln, från cirka 48 miljoner år sedan till cirka 12 miljoner år sedan, men den var fixerad på en latitud längre norrut än vi hittar den idag. Genom att jämföra den hawaiianska heta platsen med resten av jorden, kan vi se att den förskjutningen i platsen återspeglades i resten av jorden och överlagras på rörelsen av tektoniska plattor. Det säger att hela jorden rörde sig i förhållande till rotationsaxeln, som vi tolkar som verklig polarvandring. ”
Deras arbete bygger på två tidigare studier från 2017. Den första, som genomfördes av Gordon och forskare från hans eget labb, visade att heta ställen rör sig långsamt och kan användas för att definiera en global referensram för plattrörelser. Den andra, som genomfördes av forskare från Harvard University, var den första som visade en koppling mellan sann polarvandring och början av den senaste istiden.
Hot spots, som den som ligger under Hawaii, är vulkanregioner där plummer av het magma stiger upp från djupet med manteln. Till skillnad från andra former av vulkanisk aktivitet är dessa fläckar inte belägna vid gränserna för tektoniska plattor. Kombinerat med det faktum att de är varmare än den omgivande manteln, representerar heta ställen något av en anomali för forskare.
"Vi tar dessa hotspots som markerade spårare av plommor som kommer från den djupa manteln, och vi använder det som vår referensram," sade Gordon. "Vi tror att hela det globala nätverket av hotspots var fixerat i förhållande till jordens spinnaxel i minst 36 miljoner år före denna förskjutning."
Eftersom jorden är ett snurrande objekt, säkerställer dess centrifugalkraft att den är en "avskild sfäroid" snarare än en perfekt sfär - som mäter ungefär 42 km (26 mi) mer diameter vid ekvatorn än från pol till pol. Enligt Woodworth och Gordon kan verklig polärvandring också vara resultatet av detta, där samma kraft får högviskösa avlagringar att byggas upp i manteln vid breddegrader från ekvatorn. Som Gordon förklarade:
"Föreställ dig att du har riktigt, riktigt kall sirap och lägger den på heta pannkakor. När du häller den har du tillfälligt en liten hög i mitten, där den inte direkt släpper ut på grund av den kalla sirapens viskositet. Vi tror att de täta anomalierna i manteln är som den lilla tillfälliga högen, bara viskositeterna är mycket högre i den nedre manteln. Liksom sirapen kommer den så småningom att deformeras, men det tar en riktigt, riktigt lång tid att göra det. ”
Om dessa anomala klumpar är tillräckligt massiva kan de balansera planeten, vilket får den att gradvis växla och föra överskottsmassan närmare ekvatorn. Denna omfördelning av massa till en ny ekvator skulle inte förändra lutningen på jordens rotationsaxel, utan skulle förändra punkterna på ytan där rotationsaxeln dyker upp (alias polerna).
Medan skiftet de mätte bara skulle vara ungefär 3%, skulle det ha haft effekten att flytta jordens mantel. Medan manteln under de tropiska delarna av Stilla havet hade flyttat söderut, skulle Grönland och delar av Europa och Nordamerika ha flyttat norrut. Denna förskjutning skulle resultera i lägre temperaturer på dessa senare platser, vilket kunde ha utlöst den senaste istiden.
Enligt Woodworth ger hotspotsdata från Hawaii några av de bästa bevisen på att sann polarvandring är ansvarig för hur jordens poler började röra sig för 12 miljoner år sedan. De misstänker emellertid också att förflutna instanser av polär vandring kan registreras i magnetiska signaturer av stenar, som studeras av geofysiker för att avgöra när jordens magnetfält vänt tidigare.
Framöver arbetar Woodworth och Gordon med kollegor för att bygga vidare på sin analys. Förutom att förlänga det från 12 miljoner år sedan till idag, vill de också utvidga det ytterligare in i det förflutna, utöver det 48 miljoner år långa startdatum som de använde för denna studie. Resultatet av detta kan vara en mer förfinad förståelse av hur jordens geologiska historia, dess istid och livets utveckling är sammankopplade.
