VAD äR EN ISTID?

Send

Forskare har känt under en tid att jorden går igenom klimatförändringscykler. På grund av förändringar i jordens omloppsbana, geologiska faktorer och / eller förändringar i solproduktionen upplever jorden ibland betydande minskningar av ytans och atmosfärens temperatur. Detta resulterar i långvariga glacieringsperioder, eller vad som mer kallas "istid".

Dessa perioder kännetecknas av tillväxten och expansionen av isark över jordens yta, som inträffar med några miljoner år. Per definition befinner vi oss fortfarande i den sista stora istiden - som började under den sena Pliocenepoken (för cirka 2,58 miljoner år sedan) - och befinner oss för närvarande i en interglacial period, kännetecknad av glaciärens reträtt.

Definition:

Medan termen "istid" en gång används liberalt för att hänvisa till kalla perioder i jordens historia, tenderar detta att tro på komplexiteten i glaciärperioder. Den mest exakta definitionen skulle vara att istiden är perioder då isark och glaciärer expanderar över planeten, vilket motsvarar betydande minskningar i globala temperaturer och kan pågå i miljoner år.

Under en istid finns det betydande temperaturskillnader mellan ekvatorn och polerna, och temperaturer vid djuphavsnivåer har också visat sig sjunka. Detta möjliggör för stora glaciärer (jämförbara med kontinenter) att expandera och täcker mycket av ytan på planeten. Sedan förkambrisk tid (för cirka 600 miljoner år sedan) har istiden uppstått med stora rymdintervall cirka 200 miljoner år.

Studiens historia:

Den första forskaren som teoretiserade tidigare glaciärer var 1700-talets schweiziska ingenjör och geograf Pierre Martel. 1742, när han besökte en alpindal, skrev han om spridningen av stora stenar i oberäkneliga formationer, som lokalbefolkningen tillskrev glaciärer som en gång sträckte sig mycket längre. Liknande förklaringar började dyka upp under de följande decennierna för liknande mönster av stenblockfördelning i andra delar av världen.

Från mitten av 1700-talet och framåt började europeiska forskare alltmer betrakta is som ett sätt att transportera stenigt material. Detta inkluderade förekomsten av stenblock i kustområden i de baltiska staterna och den skandinaviska halvön. Det var emellertid den dansk-norska geologen Jens Esmark (1762–1839) som först argumenterade för att det finns en sekvens av istid i världen.

Denna teori detaljerades i ett papper som han publicerade 1824, där han föreslog att förändringar i jordens klimat (som berodde på förändringar i dess bana) var ansvariga. Detta följdes 1832 av den tyska geologen och skogsbruksprofessorn Albrecht Reinhard Bernhardi som spekulerade i hur de polära iskapslarna en gång har nått så långt som de tempererade zonerna i världen.

Samtidigt började den tyska botanisten Karl Friedrich Schimper och den schweizisk-amerikanska biologen Louis Agassiz självständigt att utveckla sin egen teori om global glaciation, vilket ledde till att Chimper betecknade termen "istid" 1837. I slutet av 1800-talet steg istidsteorin gradvis började få utbredd acceptans över föreställningen att jorden gradvis kyldes från sitt ursprungliga smälta tillstånd.

Vid 1900-talet utvecklade den serbiska polymath Milutin Milankovic sitt koncept av Milankovic-cykler, som kopplade långsiktiga klimatförändringar till periodiska förändringar i jordens omloppsbana runt solen. Detta gav en påvisbar förklaring till istiden och gjorde det möjligt för forskare att göra förutsägelser om när betydande förändringar i jordens klimat kan inträffa igen.

Bevis för isåldern:

Det finns tre former av bevis för istidsteori, som sträcker sig från det geologiska och det kemiska till det paleontologiska (det vill säga fossilregistret). Var och en har sina särskilda fördelar och nackdelar och har hjälpt forskare att utveckla en allmän förståelse för effekterna som istiden har haft på geologiska poster under de senaste miljarder åren.

Geologisk: Geologiska bevis inkluderar bergskrotning och skrapning, snidade dalar, bildandet av speciella typer av åsar och avsättning av okonsoliderat material (morainer) och stora stenar i oberäknade formationer. Medan denna typ av bevis är vad som ledde till istidsteorin i första hand, förblir den temperamentsfull.

För en har på varandra följande glaciationperioder olika effekter på en region, som tenderar att snedvrida eller radera geologiska bevis över tid. Dessutom är geologiska bevis svåra att exakt datera, vilket orsakar problem när det gäller att få en exakt bedömning av hur länge glaciala och interglaciala perioder har varat.

Kemisk: Detta består till stor del av variationer i förhållandena mellan isotoper i fossil som upptäckts i sediment och bergprover. Under nyare glaciärperioder används iskärnor för att konstruera en global temperaturrekord, till stor del från närvaron av tyngre isotoper (vilket leder till högre avdunstningstemperaturer). De innehåller ofta också luftbubblor som undersöks för att bedöma atmosfärens sammansättning vid den tiden.

Begränsningar uppstår emellertid av olika faktorer. Bland dessa är främst isotopförhållanden, som kan ha en förvirrande effekt på exakt datering. Men vad gäller de senaste glaciala och interglaciala perioderna (dvs under de senaste miljoner åren) förblir iskärnan och havssedimentets kärnprover den mest pålitliga formen av bevis.

paleontological: Detta bevis består av förändringar i den geografiska spridningen av fossiler. I grund och botten utrotas organismer som trivs under varmare förhållanden under glaciala perioder (eller blir mycket begränsade på lägre breddegrader), medan kallanpassade organismer trivs i samma breddegrader. Ergo, reducerade mängder fossil i högre breddegrader är en indikation på spridningen av isisar.

Detta bevis kan också vara svårt att tolka eftersom det kräver att fossilerna är relevanta för den geologiska perioden som studeras. Det kräver också att sediment över stora breddgrader och långa tidsperioder visar en tydlig korrelation (på grund av förändringar i jordskorpan över tid). Dessutom finns det många forntida organismer som har visat förmågan att överleva förändringar i förhållanden i miljoner år.

Som ett resultat förlitar sig forskare på ett kombinerat tillvägagångssätt och flera bevislinjer där det är möjligt.

Orsaker till isåldern:

Det vetenskapliga samförståndet är att flera faktorer bidrar till början av istiden. Dessa inkluderar förändringar i jordens omloppsbana runt solen, rörelsen av tektoniska plattor, variationer i solproduktion, förändringar i atmosfärisk sammansättning, vulkanisk aktivitet och till och med påverkan av stora meteoriter. Många av dessa är sammanhängande, och den exakta roll som varje spel är föremål för debatt.

Earth's Orbit: I huvudsak är jordens omloppsbana runt solen utsatt för cykliska variationer över tid, ett fenomen som också kallas Milankovic (eller Milankovitch) -cykler. Dessa kännetecknas av förändrade avstånd från solen, jordens axelns prcession och jordens axel förändras - som alla resulterar i en omfördelning av solljuset som får jorden.

Det mest övertygande beviset för Milankovic orbitaltvingning motsvarar nära den senaste (och studerade) perioden i jordens historia (cirka under de senaste 400 000 åren). Under denna period är tidpunkten för glaciala och interglaciala perioder så nära förändringar i Milankovic orbitaltvingningsperioder att det är den mest accepterade förklaringen för den senaste istiden.

Kontinentalplattor:Den geologiska registreringen visar en uppenbar korrelation mellan istidens början och jordens kontinenter. Under dessa perioder befann de sig i positioner som störde eller blockerade flödet av varmt vatten till polerna, vilket möjliggjorde att isark bildades.

Detta i sin tur ökade jordens albedo, vilket minskar mängden solenergi som absorberas av jordens atmosfär och skorpa. Detta resulterade i en positiv återkopplingsslinga, där framväxten av isark ytterligare ökade jordens albedo och möjliggjorde mer kylning och mer glaciation. Detta skulle fortsätta tills början av en växthuseffekt avslutade glacieringsperioden.

Baserat på tidigare istiden har tre konfigurationer identifierats som kan leda till en istid - en kontinent som sitter ovanpå jordens pol (som Antarktis gör idag); ett polärt hav som är landlåst (som Arktiska havet är idag); och en superkontinent som täcker större delen av ekvatorn (som Rodinia gjorde under den kryogena perioden).

Dessutom tror vissa forskare att bergskedjan Himalaya - som bildades för 70 miljoner år sedan - har spelat en viktig roll under den senaste istiden. Genom att öka jordens totala nederbörd har det också ökat hastigheten med vilken CO² har tagits bort från atmosfären (och därmed minskat växthuseffekten). Dess existens har också parallellt med den långsiktiga minskningen av jordens medeltemperatur under de senaste 40 miljoner åren.

Atmosfärisk sammansättning: Det finns bevis för att nivåerna av växthusgaser faller med framväxten av isark och stiger med deras reträtt. Enligt "Snowball Earth" -hypotesen - där isen helt eller mycket nästan täckte planeten åtminstone en gång tidigare - slutade istiden för det sena Proterozoicet av en ökning av CO²-nivåerna i atmosfären, vilket tillskrivs vulkanisk utbrott.

Men det finns de som antyder att ökade nivåer av koldioxid kan ha fungerat som en återkopplingsmekanism, snarare än orsaken. Till exempel producerade ett internationellt team av forskare 2009 en studie - med titeln "The Last Glacial Maximum" - som indikerade att en ökning av solbestrålningen (dvs. energi absorberad från solen) gav den första förändringen, medan växthusgaser stod för förändringens storlek.

Stora isåldrar:

Forskare har fastställt att minst fem stora istiden ägde rum i jordens historia. Dessa inkluderar Huronian, Cryogenian, Andes-Saharan, Karoo och Qauternary istiden. Huroniska istiden är daterad till den tidiga Protzerozoic Eon, för ungefär 2,4 till 2,1 miljarder år sedan, baserat på geologiska bevis som observerades norr och nordöster om Huronsjön (och korrelerade med avsättningar i Michigan och västra Australien).

Den kryogena istiden varade från cirka 850 till 630 miljoner år sedan och var kanske den allvarligaste i jordens historia. Det antas att under denna period nådde glacialisarna ekvatorn, vilket ledde till ett "Snowball Earth" -scenario. Det antas också att slutade på grund av en plötslig ökning av vulkanisk aktivitet som utlöste en växthuseffekt, men (som noterat) är detta föremål för debatt.

Istiden Andes-Sahara inträffade under den sena ordovicern och den siluriska perioden (för ungefär 460 till 420 miljoner år sedan). Som namnet antyder är bevisen här baserad på geologiska prover från Tassili n'Ajjer-bergskedjan i västra Sahara, och korrelerade med bevis som erhållits från den Andinska bergskedjan i Sydamerika (samt den arabiska halvön och söder Amazonbassäng).

Karoo-istiden tillskrivs utvecklingen av landväxter under Devonperiodens början (ungefär 360 till 260 miljoner år sedan) som orsakade en långsiktig ökning av planetens syrenivåer och en minskning av CO²-nivåerna - vilket ledde till global kyl. Det är uppkallad efter sedimentära avlagringar som upptäcktes i Karoo-regionen i Sydafrika, med korrelerande bevis som hittades i Argentina.

Den nuvarande istiden, känd som Pliocen-kvartär glaciationen, började för cirka 2,58 miljoner år sedan under den sena Pliocenen, då spridningen av isark på norra halvklotet började. Sedan dess har världen upplevt flera glaciala och interglaciala perioder, där islager avancerar och drar sig tillbaka på tidsskalor från 40 000 till 100 000 år.

Jorden befinner sig för närvarande i en interglacial period och den sista glacial perioden slutade för cirka 10 000 år sedan. Det som återstår av de kontinentala isarken som en gång sträckte sig över hela världen är nu begränsade till Grönland och Antarktis, såväl som mindre glaciärer - som den som täcker Baffinön.

Antropogen klimatförändring:

Den exakta rollen som spelas av alla mekanismer som istiden tillskrivs - dvs. orbitaltvingning, solkraft, geologisk och vulkanisk aktivitet - är ännu inte helt förstås. Med tanke på rollen som koldioxid och andra utsläpp av växthusgaser har det emellertid varit mycket oroande under de senaste decennierna vilka långsiktiga effekter människans aktivitet kommer att få på planeten.

Till exempel, antas i minst två stora istiden, Cryogenian och Karoo Ice Age, ökar och minskar de atmosfäriska växthusgaserna har spelat en viktig roll. I alla andra fall, där orbitaltvingning tros vara den främsta orsaken till att en istid slutade, var ökade utsläpp av växthusgaser fortfarande ansvariga för den negativa återkopplingen som ledde till ännu högre temperaturökningar.

Tillsatsen av koldioxid genom mänsklig aktivitet har också spelat en direkt roll i klimatförändringar som sker över hela världen. För närvarande utgör förbränningen av fossila bränslen av människor den största källan för koldioxidutsläpp (cirka 90%) över hela världen, vilket är en av de viktigaste växthusgaser som gör att strålningskraft (aka Greenhouse Effect) kan äga rum.

2013 tillkännagav National Oceanic and Atmospheric Administration att CO²-nivåerna i den övre atmosfären nådde 400 delar per miljon (ppm) för första gången sedan mätningarna började på 1800-talet. Baserat på den nuvarande hastigheten som utsläppen växer uppskattar NASA att koldioxidnivåerna skulle kunna nå mellan 550 till 800 ppm under det kommande seklet.

Om det förra scenariot är fallet, räknar NASA med en ökning med 2,5 ° C (4,5 ° F) i genomsnittliga globala temperaturer, vilket skulle vara hållbart. Om det senare scenariot skulle visa sig vara fallet kommer globala temperaturer dock att stiga med i genomsnitt 4,5 ° C (8 ° F), vilket skulle göra livet ohållbart för många delar av planeten. Av denna anledning söks alternativ för utveckling och utbredd kommersiell användning.

Enligt en forskningsstudie från 2012 publicerad i Naturgeovetenskap- med titeln "Bestämning av den aktuella interglacialens naturliga längd" - mänskliga utsläpp av CO² förväntas också skjuta upp nästa istid. Med hjälp av data om jordens omloppsbana för att beräkna längden på interglaciala perioder drog forskargruppen att nästa is (förväntat om 1500 år) skulle kräva atmosfäriska CO²-nivåer för att förbli under cirka 240 ppm.

Att lära sig mer om de längre istiden och de kortare glaciärperioderna som har ägt rum i jordens förflutna är ett viktigt steg mot att förstå hur jordens klimat förändras över tid. Detta är särskilt viktigt eftersom forskare försöker bestämma hur mycket av modern klimatförändring som är skapad av människor och vilka möjliga motåtgärder som kan utvecklas.

Vi har skrivit många artiklar om Ice Age for Space Magazine. Här är den nya studien avslöjar Little Ice Age driven av vulkanism, drev en mördare-asteroid planeten in i en istid?, Fanns det en slushball-jorden ?, och kommer Mars ur en istid?

Om du vill ha mer information om jorden kan du kolla in NASA: s undersökningsguide för solsystem på jorden. Och här är en länk till NASAs jordobservatorium.

Vi har också spelat in ett avsnitt av Astronomy Cast allt om planeten Jorden. Lyssna här, avsnitt 51: Jorden och avsnitt 308: Klimatförändring.

Källa: