HVA ER EN ISTID?

Send

Forskere har visst en stund at jorden går gjennom sykluser av klimaforandringer. På grunn av endringer i jordens bane, geologiske faktorer og / eller endringer i solproduksjon, opplever jord noen ganger betydelige reduksjoner i overflaten og atmosfæriske temperaturer. Dette resulterer i langvarige isbreer, eller det som mer kjent kalles en "istid".

Disse periodene er preget av vekst og ekspansjon av isplater over jordoverflaten, som oppstår hvert par millioner år. Per definisjon er vi fortsatt i den siste store istiden - som begynte i den sene Pliocen-epoken (for ca. 2,58 millioner år siden) - og er for tiden i en interglacial periode, preget av tilbaketrekningen av isbreer.

Definisjon:

Mens begrepet "istid" en gang blir brukt liberalt for å referere til kalde perioder i jordas historie, har dette en tendens til å tro på kompleksiteten i isperioder. Den mest nøyaktige definisjonen vil være at istidene er perioder hvor islag og breer ekspanderer over hele planeten, noe som tilsvarer betydelige fall i globale temperaturer og kan vare i millioner av år.

I løpet av en istid er det betydelige temperaturforskjeller mellom ekvator og polene, og temperaturer på dyphavsnivå har også vist seg å synke. Dette gjør det mulig for store breer (sammenlignbare med kontinenter) å ekspandere, og dekker store deler av overflaten av planeten. Siden den før-kambriske epoken (for ca. 600 millioner år siden) har istidene skjedd med store mellomrom mellom 200 millioner år.

Studiens historie:

Den første forskeren som teoretiserte om tidligere istiden var 1700-tallets sveitsiske ingeniør og geograf Pierre Martel. I 1742, mens han besøkte en alpedal, skrev han om spredning av store bergarter i uberegnelige formasjoner, som lokalbefolkningen tilskrev at isbreene en gang hadde utvidet seg mye lenger. Lignende forklaringer begynte å dukke opp i de påfølgende tiårene for lignende mønstre av kampesteinsfordeling i andre deler av verden.

Fra midten av 1700-tallet og fremover begynte europeiske forskere i økende grad å betrakte is som et middel for å transportere steinete materiale. Dette inkluderte tilstedeværelsen av steinblokker i kystområdene i de baltiske statene og den skandinaviske halvøya. Imidlertid var det den dansk-norske geologen Jens Esmark (1762–1839) som først argumenterte for eksistensen av en sekvens av verdensomspennende istider.

Denne teorien ble detaljert i et papir han publiserte i 1824, der han foreslo at endringer i jordas klima (som skyldtes endringer i bane) var ansvarlige. Dette ble fulgt i 1832 av den tyske geologen og skogbruksprofessoren Albrecht Reinhard Bernhardi som spekulerte i hvordan de polare iskappene en gang kan ha nådd så langt som de tempererte sonene i verden.

På samme tid begynte den tyske botanisten Karl Friedrich Schimper og den sveitsisk-amerikanske biologen Louis Agassiz uavhengig av å utvikle sin egen teori om global isdannelse, noe som førte til at Chimper betegnet begrepet "istid" i 1837. På slutten av 1800-tallet slo istidsteorien gradvis ut begynte å få bred aksept for forestillingen om at jorden gradvis avkjølte seg fra sin opprinnelige smeltede tilstand.

Ved det 20. århundre utviklet den serbiske polymaten Milutin Milankovic sitt konsept om Milankovic-sykluser, som koblet langsiktige klimaendringer til periodiske endringer i jordens bane rundt sola. Dette ga en påviselig forklaring på istidene, og gjorde det mulig for forskere å komme med spådommer om når vesentlige endringer i jordas klima kan oppstå igjen.

Bevis for isalder:

Det er tre former for bevis for istidsteori, som spenner fra det geologiske og det kjemiske til det paleontologiske (dvs. fossilprotokollen). Hver har sine spesielle fordeler og ulemper, og har hjulpet forskere med å utvikle en generell forståelse av effekten istidene har hatt på geologisk referanse de siste milliarder årene.

geologisk: Geologiske bevis inkluderer bergskraping og skraping, utskårne daler, dannelse av særegne typer rygger, og avsetning av ikke-konsolidert materiale (moraines) og store bergarter i uberegnelige formasjoner. Selv om denne typen bevis er det som førte til istidsteori i utgangspunktet, er den fortsatt temperamentsfull.

For en har påfølgende isdannelsesperioder forskjellige effekter på en region, som har en tendens til å forvrenge eller slette geologiske bevis over tid. I tillegg er geologiske bevis vanskelig å utdatere nøyaktig, noe som skaper problemer når det gjelder å få en nøyaktig vurdering av hvor lenge is- og interglacialperioder har vart.

Kjemisk: Dette består stort sett av variasjoner i forholdet mellom isotoper i fossiler oppdaget i sediment og steinprøver. I nyere isperioder brukes iskjerner til å konstruere en global temperaturrekord, stort sett fra tilstedeværelsen av tyngre isotoper (som fører til høyere fordampningstemperaturer). De inneholder ofte også luftbobler, som blir undersøkt for å vurdere atmosfærens sammensetning den gang.

Begrensninger oppstår imidlertid av forskjellige faktorer. Fremst blant disse er isotopforhold, som kan ha en forvirrende effekt på nøyaktig datering. Men når det gjelder de siste is- og interglacialperioder (dvs. i løpet av de siste million årene), forblir iskjernen og havsedimentets kjerneprøver den mest pålitelige formen for bevis.

paleontologisk: Dette beviset består av endringer i den geografiske fordelingen av fossiler. I utgangspunktet blir organismer som trives i varmere forhold utryddet i isperioder (eller blir sterkt begrenset i lavere breddegrader), mens kaldtilpassede organismer trives på samme breddegrader. Ergo, reduserte mengder fossiler i høyere breddegrad er en indikasjon på spredning av isbreer.

Dette beviset kan også være vanskelig å tolke fordi det krever at fossilene er relevante for den geologiske perioden man studerer. Det krever også at sedimenter over store breddegrader og lange perioder viser en tydelig korrelasjon (på grunn av endringer i jordskorpen over tid). I tillegg er det mange eldgamle organismer som har vist evnen til å overleve endringer i forhold i millioner av år.

Som et resultat er forskere avhengige av en kombinert tilnærming og flere bevislinjer der det er mulig.

Årsaker til isalder:

Den vitenskapelige konsensus er at flere faktorer bidrar til begynnelsen av istiden. Disse inkluderer endringer i jordens bane rundt solen, bevegelsen til tektoniske plater, variasjoner i solutgang, endringer i atmosfærisk sammensetning, vulkansk aktivitet og til og med virkningen av store meteoritter. Mange av disse henger sammen, og den nøyaktige rollen som hvert skuespill er gjenstand for debatt.

Jordens bane: I hovedsak er jordens bane rundt sola utsatt for sykliske variasjoner over tid, et fenomen også kjent som Milankovic (eller Milankovitch) sykluser. Disse er preget av skiftende avstander fra solen, jordens akse, og jordens akse som skifter, noe som resulterer i en omfordeling av sollyset mottatt av jorden.

Det mest overbevisende beviset for Milankovic orbital tvang tilsvarer nær den siste (og studerte) perioden i jordens historie (ca. de siste 400 000 årene). I løpet av denne perioden er tidspunktet for is- og interglacialperioder så nær endringer i Milankovic orbital tvangsperioder at det er den mest aksepterte forklaringen for den siste istiden.

Tektoniske plater:Den geologiske referansen viser en tilsynelatende sammenheng mellom begynnelsen av istidene og posisjonene til jordens kontinent. I løpet av disse periodene befant de seg i stillinger som forstyrret eller blokkerte strømmen av varmt vann til stolpene, og dermed la det seg isark.

Dette økte igjen jordens albedo, noe som reduserer mengden solenergi som absorberes av jordas atmosfære og skorpe. Dette resulterte i en positiv tilbakekoblingssløyfe, der fremrykket av isark ytterligere økte jordas albedo og muliggjorde mer avkjøling og mer isforening. Dette vil fortsette til begynnelsen av en drivhuseffekt var slutt på istiden.

Basert på tidligere istider, er det identifisert tre konfigurasjoner som kan føre til en istid - et kontinent som sitter øverst på jordens pol (slik Antarktis gjør i dag); et polært hav som er landlåst (slik Ishavet er i dag); og et superkontinent som dekker det meste av ekvator (slik Rodinia gjorde i løpet av den kryogene perioden).

I tillegg mener noen forskere at Himalaya-fjellkjeden - som dannet for 70 millioner år siden - har spilt en stor rolle i den siste istiden. Ved å øke jordens totale nedbør, har det også økt hastigheten som CO² er fjernet fra atmosfæren (og dermed redusert drivhuseffekten). Eksistensen har også parallellert den langsiktige nedgangen i jordas gjennomsnittstemperatur de siste 40 millioner årene.

Atmosfærisk sammensetning: Det er bevis på at nivåer av klimagasser faller med isarkens fremskritt og stiger med retrett. I henhold til "Snowball Earth" -hypotesen - hvor is helt eller veldig nesten dekket planeten minst en gang tidligere - ble istiden til sen proterozoic avsluttet med en økning i CO²-nivåene i atmosfæren, som ble tilskrevet vulkansk utbrudd.

Imidlertid er det de som antyder at økte nivåer av karbondioksid kan ha tjent som en tilbakemeldingsmekanisme, snarere enn årsaken. For eksempel produserte et internasjonalt team av forskere i 2009 en studie - med tittelen "The Last Glacial Maximum" - som indikerte at en økning i solbestråling (dvs. energi absorbert fra solen) ga den første endringen, mens klimagasser sto for endringens størrelse.

Store isalder:

Forskere har bestemt at minst fem store istider fant sted i jordens historie. Disse inkluderer Huronian, Cryogenian, Andes-Sahara, Karoo og Qauternary istider. Huronian istid er datert til den tidlige Protzerozoic Eon, for omtrent 2,4 til 2,1 milliarder år siden, basert på geologiske bevis observert nord og nordøst for Huron-sjøen (og korrelert med forekomster som ble funnet i Michigan og Vest-Australia).

Den kryogene istiden varte for omtrent 850 til 630 millioner år siden, og var kanskje den mest alvorlige i jordas historie. Det antas at de isbreene i denne perioden nådde ekvator, og førte dermed til et "Snowball Earth" -scenario. Det antas også at det ble slutt på grunn av en plutselig økning i vulkansk aktivitet som utløste en drivhuseffekt, selv om (som nevnt) dette er gjenstand for debatt.

Den isisk-Sahara-istiden skjedde under den sent ordovikanske og den siluriske perioden (for omtrent 460 til 420 millioner år siden). Som navnet antyder, er bevisene her basert på geologiske prøver hentet fra fjellkjeden Tassili n'Ajjer i den vestlige Sahara, og korrelert med bevis hentet fra den andinske fjellkjeden i Sør-Amerika (samt den arabiske halvøy og sør Amazonbassenget).

Karoo-istiden tilskrives utviklingen av landplanter i begynnelsen av Devon-perioden (ca. 360 til 260 millioner år siden) som forårsaket en langsiktig økning i planetarisk oksygennivå og en reduksjon i CO²-nivåene - noe som førte til globale avkjøling. Det er oppkalt etter sedimentære forekomster som ble oppdaget i Karoo-regionen i Sør-Afrika, med korrelerende bevis funnet i Argentina.

Den nåværende istiden, kjent som Pliocene-kvartær-isdannelsen, startet for rundt 2,58 millioner år siden under den sene Pliocen, da spredningen av isark på den nordlige halvkule begynte. Siden den gang har verden opplevd flere is- og interglaciale perioder, der isplater rykker frem og trekker seg tilbake på tidsskalaer fra 40.000 til 100.000 år.

Jorden befinner seg for tiden i en interglacial periode, og den siste isperioden endte for omtrent 10.000 år siden. Det som gjenstår av de kontinentale isplatene som en gang strakte seg over kloden, er nå begrenset til Grønland og Antarktis, samt mindre isbreer - som den som dekker Baffinøya.

Antropogen klimaendring:

Den nøyaktige rollen som spilles av alle mekanismene som istiden tilskrives - dvs. orbitaltvingning, soltvingning, geologisk og vulkansk aktivitet - er ennå ikke helt forstått. Gitt rollen som karbondioksid og andre klimagassutslipp har det imidlertid vært mye bekymring de siste tiårene hvilke langsiktige effekter menneskelig aktivitet vil ha på planeten.

I minst to store istider antas Cryogenian og Karoo Ice Ages, for eksempel å øke og redusere atmosfæriske klimagasser som har spilt en stor rolle. I alle andre tilfeller, der orbitalcving er antatt å være den viktigste årsaken til en istid, var økte klimagassutslipp fortsatt ansvarlig for den negative tilbakemeldingen som førte til enda større temperaturøkning.

Tilsetningen av CO2 ved menneskelig aktivitet har også spilt en direkte rolle i klimatiske forandringer som skjer over hele verden. For øyeblikket utgjør forbrenning av fossilt brensel av mennesker den største kilden til utslipp av karbondioksid (omtrent 90%) over hele verden, som er en av de viktigste klimagassene som gjør det mulig for radiativ tvang (også kjent som drivhuseffekten) å finne sted.

I 2013 kunngjorde National Oceanic and Atmospheric Administration at CO²-nivåene i den øvre atmosfæren nådde 400 deler per million (ppm) for første gang siden målingene begynte på 1800-tallet. Basert på dagens hastighet som utslippene øker, anslår NASA at karbonnivået kan komme opp i mellom 550 til 800 ppm i det kommende århundre.

Hvis det tidligere tilfellet er tilfelle, forventer NASA en økning på 2,5 ° C i gjennomsnittlige globale temperaturer, noe som vil være bærekraftig. Skulle det sistnevnte scenariet vise seg å være tilfelle, vil imidlertid globale temperaturer stige med et gjennomsnitt på 4,5 ° C (8 ° F), noe som vil gjøre livet uholdbart for mange deler av planeten. Av denne grunn blir det søkt etter alternativer for utvikling og utbredt kommersiell adopsjon.

I tillegg til en forskningsstudie fra 2012 publisert i Nature Geoscience- med tittelen "Bestemmelse av den naturlige lengden på dagens interglacial" - forventes også at utslipp av CO² vil utsette den neste istiden. Ved å bruke data om jordens bane for å beregne lengden på interglacial perioder, konkluderte forskerteamet med at den neste isen (forventet om 1500 år) ville kreve at atmosfæriske CO²-nivåer forblir under rundt 240 ppm.

Lære mer om de lengre istidene, så vel som de kortere isperiodene som har funnet sted i jordas fortid, er et viktig skritt mot å forstå hvordan jordas klima endrer seg over tid. Dette er spesielt viktig ettersom forskere søker å bestemme hvor mye av moderne klimaendringer som er menneskeskapt, og hvilke mulige mottiltak som kan utvikles.

Vi har skrevet mange artikler om Ice Age for Space Magazine. Her er den nye studien avslører Little Ice Age drevet av vulkanisme, drev en drapsmannsteroid planeten inn i en istid ?, Var det en slushball-jord ?, og kommer Mars ut av en istid?

Hvis du vil ha mer informasjon om jorden, kan du sjekke NASAs Solar System Exploration Guide on Earth. Og her er en lenke til NASAs jordobservatorium.

Vi har også spilt inn en episode av Astronomy Cast alt om planeten Jorden. Hør her, Episode 51: Earth and Episode 308: Climate Change.

Kilde: