Jordens siste store istid, kjent som Quaternay Glaciation, begynte for omtrent 3,2 millioner år siden. Denne perioden var preget av utvidelsen av isark fra Antarktis og Grønland, samt svingninger av den Laurentianske isisen, som dekket det meste av Canada og USA. Tilbaketrekningen av denne isbreen er ansvarlig for etableringen av millioner av stående vannmasser over hele Nord-Amerika, inkludert de store innsjøene.
Mens årsakene til istidene har blitt tilskrevet en kombinasjon av astronomiske sykluser, atmosfæriske forhold, havstrømmer og platetektonikk, har en fullstendig forklaring hittil manglet. Imidlertid, ifølge et nytt forskningsresultat fra et team av geofysikere fra Rice University, kan imidlertid Jordens siste istid ha blitt forårsaket av skift i Jorden i forhold til den roterende aksen som fikk polene til å vandre.
Denne studien ble utført av Daniel Woodworth og Richard G. Gordon - en doktorgradsstudent og W.M. Keck professor i henholdsvis jord-, miljø- og planvitenskap ved Rice University - og dukket nylig opp i tidsskriftet Geofysiske forskningsbrev. Av hensyn til studien deres, som ble støttet av National Science Foundation (NSF), analyserte Woodworth og Gordon geofysiske bevis fra Stillehavet.
Dette inkluderte fossile signaturer fra dyphavsedimenter, den magnetiske signaturen til havskorpen og plasseringen av mantelen “hot spot” som skapte Hawaiiøyene. Fra dette utledet teamet at i løpet av de siste 12 millioner årene opplevde Jorden "ekte polarvandring" - et fenomen der planeten skiftet i forhold til sin rotasjonsakse.
Når dette skjer, endres plasseringene av nord- og sørpolene (eller vandrer). I dette tilfellet beveget Grønland seg langt nok mot nordpolen til å sparke den siste istiden. Som Woodworth forklarte i en fersk nyhetsmelding fra Rice University:
“Det hotte stedet på Hawaii var fast, relativt til spinaksen, fra omtrent 48 millioner år siden til rundt 12 millioner år siden, men det var fast på et breddegrad lenger nord enn vi finner det i dag. Ved å sammenligne det hawaiiske hotspotet med resten av jorden, kan vi se at det skiftet i plasseringen gjenspeiles i resten av jorden og legges over bevegelsen av tektoniske plater. Det forteller oss at hele jorden beveget seg, relativt til spinnaksen, som vi tolker som en sann polarvandring. ”
Arbeidet deres bygger på to tidligere studier fra 2017. Den første, som ble utført av Gordon og forskere fra hans eget laboratorium, demonstrerte at hot spots beveger seg sakte og kan brukes til å definere en global referanseramme for platebevegelser. Den andre, som ble utført av forskere fra Harvard University, var den første som viste en sammenheng mellom ekte polarvandring og begynnelsen av den siste istiden.
Hot spots, som den som befinner seg under Hawaii, er vulkanregioner der plumes av varm magma stiger opp fra dypt med mantelen. I motsetning til andre former for vulkansk aktivitet, er disse flekkene ikke plassert på grensen til tektoniske plater. Kombinert med det faktum at de er varmere enn den omliggende mantelen, representerer hot spots noe av en anomali for forskere.
"Vi tar disse hot spots som markerte sporer av plumes som kommer fra den dype mantelen, og vi bruker det som referanseramme," sa Gordon. "Vi tror hele det globale nettverket av hotspots var fast, relativt til jordens spinnakse, i minst 36 millioner år før dette skiftet."
Siden jorden er et spinnende objekt, sikrer dens sentrifugalkraft at den er en "skrå sfæroid" i stedet for en perfekt sfære - som måler omtrent 42 km (26 mi) mer diameter ved ekvator enn fra pol til pol. I følge Woodworth og Gordon kan ekte polarvandring også være et resultat av dette, der den samme kraften får høye viskøse avsetninger til å bygge seg opp i mantelen på breddegrader fra ekvator. Som Gordon forklarte:
«Se for deg at du har virkelig, skikkelig kald sirup, og legger den på varme pannekaker. Når du skjenker den, har du midlertidig en liten haug i sentrum, hvor den ikke umiddelbart flater ut på grunn av viskositeten til den kalde sirupen. Vi tror at de tette avvikene i mantelen er som den lille midlertidige haugen, bare viskositetene er mye høyere i den nedre mantelen. Som sirupen vil den til slutt deformeres, men det tar veldig, veldig lang tid å gjøre det. ”
Hvis disse anomale klumpene er enorme nok, kan de balansere planeten og føre til at den gradvis forskyves og fører overflødig masse nærmere ekvator. Denne omfordelingen av masse til en ny ekvator ville ikke endre skråstillingen på Jordens spin-akse, men ville endre punktene på overflaten der spin-aksen dukker opp (også kalt polene).
Mens skiftet de målte bare ville være på rundt 3%, ville det ha hatt effekten av å flytte jordens mantel. Mens mantelen under de tropiske delene av Stillehavet ville flyttet sørover, ville Grønland og deler av Europa og Nord-Amerika flyttet nordover. Dette skiftet ville resultere i lavere temperaturer på disse sistnevnte stedene, noe som kunne ha utløst den siste istiden.
I følge Woodworth gir hot spot-dataene fra Hawaii noen av de beste bevisene for at ekte polarvandring er ansvarlig for måten jordens poler begynner å bevege seg for 12 millioner år siden. Imidlertid mistenker de også at forekomster av polarvandring kan bli registrert i magnetiske signaturer av bergarter, som er studert av geofysikere for å avgjøre når jordas magnetfelt snudd i fortiden.
Når vi ser fremover, jobber Woodworth og Gordon med kolleger for å bygge videre på analysen. I tillegg til å utvide den fra 12 millioner år siden til i dag, ønsker de også å utvide den videre inn i fortiden, utover startdatoen for 48 millioner år de brukte til denne studien. Resultatet av dette kan være en mer raffinert forståelse av hvordan jordas geologiske historie, dens istider og livsutviklingen henger sammen.
