Четвертичное оледенение , также известное как плейстоценовое оледенение , представляет собой чередующуюся серию ледниковых и межледниковых периодов в четвертичном периоде, начавшуюся 2,58 млн лет назад (миллион лет назад) и продолжающуюся до сих пор. [1] [2] [3] Хотя геологи описывают весь этот период до настоящего времени как « ледниковый период », в популярной культуре этот термин обычно относится к самому последнему ледниковому периоду или к эпохе плейстоцена в целом. [4] Поскольку на Земле все еще имеются полярные ледниковые щиты , геологи считают, что четвертичное оледенение продолжается, хотя в настоящее время оно находится в межледниковом периоде.
Во время четвертичного оледенения появились ледниковые щиты, расширяющиеся в ледниковые периоды и сжимающиеся в межледниковья. С момента окончания последнего ледникового периода уцелели только ледниковые щиты Антарктики и Гренландии, тогда как другие щиты, образовавшиеся во время ледниковых периодов, такие как Лаврентидский ледниковый щит , полностью растаяли.
Основными последствиями четвертичного оледенения были континентальная эрозия суши и отложение материала; модификация речных систем ; образование миллионов озер , в том числе развитие плювиальных озер вдали от ледниковых окраин; изменения уровня моря ; изостатическая перестройка земной коры ; наводнение; и аномальные ветры. Ледяные щиты, повышая альбедо (соотношение солнечной лучистой энергии , отраженной от Земли обратно в космос), создали значительную обратную связь , способствующую дальнейшему охлаждению климата . Эти последствия сформировали наземную и океанскую среду и биологические сообщества.
Задолго до четвертичного оледенения наземный лед появился, а затем исчез в течение как минимум четырех других ледниковых периодов. Четвертичное оледенение можно считать частью позднекайнозойского ледникового периода , который начался 33,9 млн лет назад и продолжается до сих пор.
Доказательства четвертичного оледенения были впервые поняты в XVIII и XIX веках как часть научной революции . За последнее столетие обширные полевые наблюдения предоставили доказательства того, что континентальные ледники покрыли большую часть Европы , Северной Америки и Сибири . Карты ледниковых объектов были составлены после многих лет полевых работ сотнями геологов, которые нанесли на карту расположение и ориентацию друмлинов , озов , морен , полосатостей и каналов ледниковых ручьев , чтобы выявить протяженность ледниковых щитов , направление их течения и системы каналов талой воды . Они также позволили ученым расшифровать историю многочисленных наступлений и отступлений льдов. Еще до того, как теория всемирного оледенения стала общепринятой, многие наблюдатели признавали, что происходило не одно наступление и отступление льда.
Для геологов ледниковый период определяется наличием большого количества наземного льда. До четвертичного оледенения наземный лед формировался как минимум в течение четырех более ранних геологических периодов: позднего палеозоя (360–260 млн лет назад), андско-сахарского (450–420 млн лет назад), криогенного (720–635 млн лет назад) и гуронского (2400 млн лет назад). –2100 млн лет назад). [5] [6]
В течение четвертичного ледникового периода также происходили периодические колебания общего объема материкового льда, уровня моря и глобальных температур. Во время более холодных периодов (называемых ледниковыми периодами или ледниковыми периодами) большие ледяные щиты толщиной не менее 4 км (2,5 мили) в максимальной степени покрывали части Европы, Северной Америки и Сибири. Более короткие теплые интервалы между ледниковыми периодами, когда континентальные ледники отступали, называются межледниковьями . Об этом свидетельствуют погребенные почвенные профили, торфяные пласты, озерно-ручьевые отложения, разделяющие несортированные, нестратифицированные отложения ледникового мусора.
Первоначально продолжительность ледникового/межледникового цикла составляла около 41 000 лет, но после перехода в средний плейстоцен , длившегося около 1 млн лет назад, она замедлилась примерно до 100 000 лет, о чем наиболее четко свидетельствуют керны льда за последние 800 000 лет и керны морских отложений за более ранний период. . За последние 740 000 лет произошло восемь ледниковых циклов. [7]
Весь четвертичный период, начиная с 2,58 млн лет назад, называют ледниковым периодом, поскольку по крайней мере один постоянный большой ледниковый покров — Антарктический ледниковый щит — существовал постоянно. Существует неопределенность относительно того, какая часть Гренландии была покрыта льдом во время каждого межледниковья. В настоящее время Земля находится в межледниковом периоде, эпохе голоцена , начавшейся 15–10 000 лет назад; это привело к медленному таянию ледников последнего ледникового периода . Остальные ледники, занимающие сейчас около 10% поверхности суши земного шара, покрывают Гренландию, Антарктиду и некоторые горные регионы. В ледниковые периоды современная (т.е. межледниковая) гидрологическая система была полностью нарушена на больших территориях земного шара и значительно видоизменилась на других. Объем льда на суше привел к тому, что уровень моря оказался примерно на 120 метров (394 фута) ниже нынешнего.
История оледенения Земли является продуктом внутренней изменчивости климатической системы Земли (например, океанских течений , углеродного цикла ), взаимодействия с внешними воздействиями , вызванными явлениями за пределами климатической системы (например, изменениями орбиты Земли , вулканизмом и изменениями солнечной активности) . ). [8]
Роль изменений орбиты Земли в контроле климата была впервые выдвинута Джеймсом Кроллом в конце 19 века. [9] Позже сербский геофизик Милутин Миланкович разработал теорию и подсчитал, что эти нарушения на орбите Земли могут вызвать климатические циклы, теперь известные как циклы Миланковича . [10] Они являются результатом аддитивного поведения нескольких типов циклических изменений орбитальных свойств Земли.
Во-первых, изменения эксцентриситета орбиты Земли происходят с циклом около 100 000 лет. [11] Во-вторых, наклон или наклон оси Земли варьируется от 22° до 24,5° в цикле длиной 41 000 лет. [11] Наклон земной оси определяет смену времен года ; чем больше наклон, тем больше контраст между летними и зимними температурами. В-третьих, прецессия равноденствий , или колебания оси вращения Земли , имеют периодичность 26 000 лет. Согласно теории Миланковича, эти факторы вызывают периодическое охлаждение Земли, причем самая холодная часть цикла происходит примерно каждые 40 000 лет. Основной эффект циклов Миланковича заключается в изменении контраста между сезонами, а не годового количества солнечного тепла, которое получает Земля. В результате лед тает меньше, чем накапливается, и ледники накапливаются.
Миланкович разработал идеи климатических циклов в 1920-х и 1930-х годах, но только в 1970-х годах была разработана достаточно длинная и подробная хронология четвертичных изменений температуры, чтобы адекватно проверить теорию. [12] Исследования глубоководных кернов и их окаменелостей показывают, что колебания климата в течение последних нескольких сотен тысяч лет удивительно близки к предсказанным Миланковичем.
Согласно одной теории, содержание CO в атмосфере уменьшается.
2, важный парниковый газ , положил начало долгосрочной тенденции похолодания, которая в конечном итоге привела к образованию континентальных ледяных щитов в Арктике. [13] Геологические данные указывают на снижение содержания CO 2 в атмосфере более чем на 90% с середины мезозойской эры . [14] Анализ реконструкций CO 2 по алкеноновым записям показывает, что содержание CO 2 в атмосфере снижалось до и во время оледенения Антарктики, и поддерживает существенное снижение CO 2 как основную причину оледенения Антарктики. [15]
Уровни CO 2 также играют важную роль в переходах между межледниковьями и ледниковыми периодами. Высокие содержания CO 2 соответствуют теплым межледниковьям, а низкие содержания CO 2 — ледниковым периодам. Однако исследования показывают, что CO
2может не быть основной причиной межледниково-ледниковых переходов, а вместо этого действует как обратная связь . [16] Объяснение наблюдаемого CO
2вариация «остается сложной проблемой атрибуции». [16]
Важной составляющей развития длительных ледниковых периодов является положение континентов. [17] Они могут контролировать циркуляцию океанов и атмосферы, влияя на то, как океанские течения переносят тепло в высокие широты. На протяжении большей части геологического времени Северный полюс , по-видимому, находился в широком открытом океане, который позволял основным океанским течениям двигаться неослабевающим образом. Экваториальные воды потекли в полярные регионы, согревая их. Это привело к созданию мягкого, однородного климата, который сохранялся на протяжении большей части геологического времени.
Но в кайнозойскую эру крупные Северо-Американская и Южно-Американская континентальные плиты дрейфовали на запад от Евразийской плиты . Это совпало с развитием Атлантического океана , идущего с севера на юг, с Северным полюсом в небольшом, почти не имеющем выхода к морю бассейне Северного Ледовитого океана . Пролив Дрейка открылся 33,9 миллиона лет назад ( переход эоцена и олигоцена ), отделив Антарктиду от Южной Америки. Антарктическое циркумполярное течение могло тогда протекать через него, изолируя Антарктиду от теплых вод и вызывая образование огромных ледяных щитов. Ослабление Североатлантического течения примерно 3,65–3,5 миллиона лет назад привело к охлаждению и опреснению Северного Ледовитого океана, способствуя развитию арктического морского льда и предопределяя формирование континентальных ледников позже в плиоцене. [18] Панамский перешеек возник на границе сходящейся плиты около 2,6 миллионов лет назад и еще больше разделил океаническую циркуляцию, закрыв последний пролив за пределами полярных регионов, который соединял Тихий и Атлантический океаны. [19] Это увеличило перенос соли и тепла к полюсу, усилив термохалинную циркуляцию в Северной Атлантике , которая поставляла достаточно влаги в арктические широты, чтобы инициировать северное оледенение. [20]
Считается , что возвышение континентальной поверхности, часто в виде горных образований , способствовало возникновению четвертичного оледенения. Постепенное перемещение большей части суши Земли от тропиков в дополнение к усилению горообразования в позднем кайнозое означало увеличение площади суши на большой высоте и в высоких широтах, что способствовало образованию ледников. [21] Например, ледниковый щит Гренландии сформировался в результате поднятия нагорий западной и восточной Гренландии в два этапа, 10 и 5 млн лет назад соответственно. Эти горы представляют собой пассивные континентальные окраины . [22] Компьютерные модели показывают, что поднятие могло способствовать оледенению за счет увеличения орографических осадков и снижения температуры поверхности . [22] Что касается Анд, то известно, что Главные Кордильеры поднялись на высоту, которая позволила образоваться долинным ледникам около 1 млн лет назад. [23]
Наличие такого большого количества льда на континентах оказало глубокое влияние почти на все аспекты гидрологической системы Земли. Наиболее очевидными являются впечатляющие горные пейзажи и другие континентальные ландшафты, созданные не проточной водой, а ледниковой эрозией и отложениями. За сравнительно короткий геологический период времени сформировались совершенно новые ландшафты площадью в миллионы квадратных километров. Кроме того, огромные массивы ледникового льда повлияли на Землю далеко за пределами ледников. Прямо или косвенно последствия оледенения ощущались во всех частях света.
Четвертичное оледенение образовало больше озер, чем все другие геологические процессы вместе взятые. Причина в том, что материковый ледник полностью разрушает доледниковую дренажную систему . Поверхность, по которой двигался ледник, была размыта и размыта льдом, оставив в скале множество замкнутых, неосушенных впадин. Эти впадины наполнились водой и превратились в озера.
По краям ледников образовались очень крупные озера. Лед как в Северной Америке, так и в Европе имел толщину около 3000 м (10 000 футов) вблизи центров максимального скопления, но сужался к краям ледника. Вес льда вызвал проседание земной коры, которое было наибольшим под самыми толстыми скоплениями льда. По мере таяния льда отскок корки отставал, создавая региональный уклон в сторону льда. На этом склоне образовались бассейны, существовавшие тысячи лет. Эти бассейны превратились в озера или были захвачены океаном. В первую очередь таким путем образовались Балтийское море [24] [25] и Великие озера Северной Америки [26] . [ сомнительно ]
Считается , что многочисленные озера Канадского щита , Швеции и Финляндии возникли, по крайней мере частично, в результате избирательной эрозии выветрившихся коренных пород ледниками . [27] [28]
Климатические условия, вызывающие оледенение, косвенно воздействовали на засушливые и полузасушливые регионы, удаленные от крупных ледниковых щитов. Увеличение количества осадков, питающих ледники, также увеличило сток крупных рек и временных ручьев, что привело к росту и развитию крупных плювиальных озер. Большинство плювиальных озер возникло в относительно засушливых регионах, где обычно выпадало недостаточно осадков для создания дренажной системы, ведущей к морю. Вместо этого сток ручьев стекал в закрытые бассейны и образовывал озера Плайя . Из-за увеличения количества осадков озера Плайя увеличились и вышли из берегов. Плювиальные озера были наиболее обширны в ледниковые периоды. В межледниковые периоды, когда дождей было меньше, плювиальные озера сжимались, образуя небольшие солончаки.
Основные изостатические изменения литосферы во время четвертичного оледенения были вызваны тяжестью льда, который вдавливал континенты. В Канаде большая территория вокруг Гудзонова залива находилась ниже (современного) уровня моря, как и территория в Европе вокруг Балтийского моря. Земля восстанавливалась из этих впадин с тех пор, как растаял лед. Некоторые из этих изостатических движений вызвали сильные землетрясения в Скандинавии около 9000 лет назад. Эти землетрясения уникальны тем, что они не связаны с тектоникой плит.
Исследования показали, что поднятие произошло в два отдельных этапа. Первоначальное поднятие после дегляциации было быстрым (так называемым «упругим») и происходило по мере разгрузки льда. После этой «эластичной» фазы подъем продолжается за счет «медленного вязкого потока», поэтому после этого скорость снижается экспоненциально . Сегодня типичная скорость подъема составляет порядка 1 см в год или меньше, за исключением районов Северной Америки, особенно Аляски, где скорость подъема составляет 2,54 см в год (1 дюйм или более). [29] В Северной Европе это ясно показывают данные GPS , полученные сетью BIFROST GPS. [30] Исследования показывают, что восстановление будет продолжаться еще как минимум 10 000 лет. Общий подъем после окончания дегляциации зависит от местной ледовой нагрузки и может составлять несколько сотен метров вблизи центра отскока.
Присутствие льда на большей части континентов сильно изменило характер атмосферной циркуляции. Ветры вблизи границ ледников были сильными и постоянными из-за обилия плотного холодного воздуха, исходящего от ледниковых полей. Эти ветры подхватывали и переносили большое количество рыхлых мелкозернистых отложений, принесенных ледниками. Эта пыль накапливалась в виде лёсса (переносимого ветром ила), образуя неравномерные покровы на большей части долины реки Миссури , Центральной Европы и северного Китая.
Песчаные дюны были гораздо более широко распространены и активны во многих районах в раннечетвертичный период. Хорошим примером является регион Сэнд-Хиллз в Небраске , площадь которого составляет около 60 000 км 2 (23 166 квадратных миль). [31] В эпоху плейстоцена этот регион представлял собой большое активное поле дюн, но сегодня он в значительной степени стабилизирован травяным покровом. [32] [33]
Толстые ледники были достаточно тяжелыми, чтобы достигать морского дна в нескольких важных областях, что блокировало проход океанской воды и влияло на океанские течения. Помимо этих прямых эффектов, это также вызвало эффекты обратной связи, поскольку океанские течения способствуют глобальной передаче тепла.
Морены и тиллы, отложенные четвертичными ледниками, способствовали образованию ценных россыпных месторождений золота. Так обстоит дело на самом юге Чили , где переработка четвертичных морен привела к концентрации золота на море. [34]
Оледенение было редким событием в истории Земли, [35] , но есть свидетельства широко распространенного оледенения в течение позднего палеозоя (от 300 до 200 млн лет назад) и позднего докембрия (т.е. неопротерозоя , от 800 до 600 млн лет назад). [36] До нынешнего ледникового периода, который начался 2–3 млн лет назад, климат Земли обычно был мягким и однородным в течение длительных периодов времени. Об этой климатической истории свидетельствуют типы ископаемых растений и животных, а также характеристики отложений, сохранившихся в стратиграфических летописях. [37] Есть, однако, широко распространенные ледниковые отложения, фиксирующие несколько основных периодов древнего оледенения в различных частях геологической летописи. Такие данные свидетельствуют о крупных периодах оледенения, предшествовавших нынешнему четвертичному оледенению.
Одно из наиболее документированных свидетельств дочетвертичного оледенения, называемое ледниковым периодом Кару, обнаружено в позднепалеозойских породах Южной Африки , Индии , Южной Америки, Антарктиды и Австралии . На этих территориях многочисленны обнажения древних ледниковых отложений. Отложения еще более древних ледниковых отложений существуют на всех континентах, кроме Южной Америки. Это указывает на то, что два других периода широкомасштабного оледенения произошли в позднем докембрии, в результате чего в криогенный период образовалась Земля-снежок . [38]
Тенденция потепления после последнего ледникового максимума , произошедшего примерно 20 000 лет назад, привела к повышению уровня моря примерно на 121 метр (397 футов). Эта тенденция к потеплению утихла около 6000 лет назад, и уровень моря был сравнительно стабильным со времен неолита . Современный межледниковий период ( климатический оптимум голоцена ) был стабильным и теплым по сравнению с предыдущими, которые прерывались многочисленными похолоданиями, продолжавшимися сотни лет. Эта стабильность могла бы способствовать неолитической революции и, как следствие, человеческой цивилизации . [39]
Согласно орбитальным моделям , тенденция похолодания, начавшаяся около 6000 лет назад, продолжится еще 23 000 лет. [40] Однако небольшие изменения в параметрах орбиты Земли могут указывать на то, что даже без какого-либо человеческого вклада в ближайшие 50 000 лет не будет нового ледникового периода. [41] Вполне возможно, что нынешняя тенденция похолодания может быть прервана межстадиальной фазой (более теплым периодом) примерно через 60 000 лет, а следующий ледниковый максимум будет достигнут только примерно через 100 000 лет. [42]
Судя по прошлым оценкам продолжительности межледниковья около 10 000 лет, в 1970-х годах существовали некоторые опасения, что следующий ледниковый период будет неизбежен . Однако небольшие изменения эксцентриситета орбиты Земли вокруг Солнца предполагают длительный межледниковый период, продолжающийся еще около 50 000 лет. [43] Другие модели, основанные на периодических изменениях солнечной активности, дают другой прогноз начала следующего ледникового периода примерно через 10 000 лет. [44] Кроме того, антропогенное воздействие теперь рассматривается как возможное продление и без того необычно длительного теплого периода. Прогноз графика следующего ледникового максимума решающим образом зависит от количества CO.
2в атмосфере . Модели, предполагающие повышенное содержание CO
2уровни в 750 частей на миллион ( ppm ; текущие уровни составляют 417 частей на миллион [45] ) позволили оценить сохранение текущего межледникового периода еще на 50 000 лет. [46] Однако более поздние исследования пришли к выводу, что количество удерживающих тепло газов, выбрасываемых в океаны и атмосферу Земли, предотвратит следующий ледниковый период (ледниковый период), который в противном случае начался бы примерно через 50 000 лет, и, вероятно, больше ледниковых циклов. [47] [48]
Словарное определение оледенения в Викисловаре