Несмотря на то, что это, может быть, трудно понять, наша планета постоянно меняется. Континенты постоянно смещаются и сталкиваются друг с другом. Извергаются вулканы, ледники расширяются и отступают, и жизнь должна идти в ногу со всеми этими происходящими изменениями.
На протяжении всего своего существования в разные периоды, которые длились миллионы лет, Земля была покрыта километровым полярным ледяным щитом и горными ледниками. Темой этого списка станут ледниковые периоды, характеризующиеся очень холодными климатическими условиями и наличием льда, простирающегося так далеко, как может видеть глаз.
10. Что такое ледниковый период?
Хотите верьте, хотите, нет, но определение ледникового периода не так однозначно, как могут подумать некоторые. Конечно, мы можем охарактеризовать его как период, когда глобальные температуры были намного ниже, чем сегодня, и когда оба полушария покрыты толщей льда, простирающимся на тысячи миль к экватору.
Однако проблема с этим определением состоит в том, что он описывает любой ледниковый период с сегодняшней точки зрения и фактически не учитывает всю планетарную историю. Кто может сказать, что сегодня мы не живем в условиях более низких температур, чем средняя? В этом случае мы фактически находимся в ледниковом периоде прямо сейчас. Лишь некоторые ученые, которые посвятили свою жизнь изучению таких явлений, могут это подтвердить. Да, мы на самом деле живем в ледниковом периоде, и мы убедимся в этом через минуту.
Лучшим определением ледникового периода было бы то, что это длительный период времени, когда атмосфера и поверхность планеты имеют низкую температуру, что приводит к наличию полярных ледяных щитов и горных ледников. Это может продолжаться несколько миллионов лет, в течение которых также существуют периоды оледенения, характеризующиеся ледяным покровом и ростом ледников на поверхности планеты, а также межледниковыми периодами – интервалами, длящимися несколько тысяч лет, когда лед отступает, и становится теплее. Другими словами, то, что мы знаем как «последний ледниковый период», является, по сути, одной из таких стадий оледенения, частью более крупного ледникового периода Плейстоцена, и в настоящее время мы находимся в межледниковом периоде, известном как Голоцен, который начался около 11 700 лет назад.
9. Что вызывает ледниковый период?
На первый взгляд, ледниковый период похож на какое-то глобальное потепление в обратную сторону. Это в определенной степени так, но есть несколько других факторов, которые могут инициировать и способствовать началу ледникового периода. Важно отметить, что изучение ледниковых периодов началось не так давно, и наше понимание этого процесса еще не полное. Тем не менее, существует некоторый научный консенсус по нескольким факторам, которые вносят вклад в начало ледникового периода.
Одним из таких очевидных факторов является уровень парниковых газов в атмосфере. Есть свидетельства того, что концентрация этих газов в воздухе растет и снижается вместе с отступлением и ростом ледяных щитов. Но некоторые утверждают, что эти газы не обязательно запускают каждый ледниковый период и влияют только на его суровость.
Другим ключевым фактором, играющим важную роль, являются тектонические плиты. Геологические записи указывают на корреляцию между положением континентов и началом ледникового периода. Это означает, что в определенном положении континенты могут препятствовать так называемому Глобальному океаническому конвейеру - глобальной системе течений, которые переносят холодную воду от полюсов к экватору и наоборот.
Континенты также могут находиться прямо на вершине полюса, как Антарктида сегодня, или привести к тому, что полярные водоемы будут полностью или частично окружены сушей, как Северный Ледовитый океан. Оба этих фактора способствуют ледообразованию. Континенты могут также собираться вокруг экватора, блокируя океанские течения, что приводит к ледниковому периоду.
Именно так произошло во время Криогенного периода, когда суперконтинент Родиния покрыл большую часть экватора. Некоторые специалисты даже говорят, что Гималаи сыграли важную роль в нынешнем ледниковом периоде. После того, как эти горы начали формироваться около 70 миллионов лет назад, они способствовали увеличению осадков на планете, что, в свою очередь, привело к неуклонному снижению CO2 в воздухе.
Наконец, у нас есть орбиты, по которым движется Земля. Это также частично объясняет периоды оледенения и межледниковые периоды в течение любого конкретного ледникового периода. испытывает ряд периодических изменений во время кругового движения вокруг Солнца, которые называют Циклами Миланковича (Milankovitch Cycles). Первый из этих циклов - эксцентриситет Земли, который характеризуется формой орбиты нашей планеты вокруг Солнца.
Каждые 100 000 лет или около того орбита Земли становится более или менее похожей на эллипс, это означает, что она получит больше или меньше солнечных лучей. Второй из этих циклов – наклон оси планеты, который в среднем изменяется на несколько градусов каждые 41 000 лет. Этот наклон влияет на времена года на Земле и разницу в солнечном излучении, получаемом полюсами и экватором. В-третьих, у нас есть прецессия Земли, которая выражается колебанием, когда Земля вращается вокруг своей . Это происходит примерно каждые 23 000 лет и приводит к тому, что зима в Северном полушарии произойдет, когда Земля будет дальше от Солнца, а лето - когда она будет ближе всего к Солнцу. Если это происходит, разница в степени выраженности между сезонами будет больше, чем сегодня. Помимо этих основных факторов, мы также иногда можем страдать от недостатка пятен на солнце, ударов крупных метеоритов, сильнейших извержений вулканов или ядерных войн, которые в числе прочего потенциально могут привести к началу ледникового периода.
8. Почему они продолжаются так долго?
Мы знаем, что ледниковые периоды обычно длятся миллионы лет. Причину этого можно объяснить с помощью феномена, известного как альбедо. Это отражательная способность поверхности Земли, когда речь идет о коротковолновом излучении Солнца. Другими словами, чем больше поверхности нашей планеты покрыто белым льдом и снегом, тем больше солнечное излучение отражается назад в космос, и тем холоднее становится на Земле. Это приводит к появлению еще большего количества льда и еще большей отражательной способности в цикле положительной обратной связи, который длится миллионы лет. Это одна из причин, почему так важно, чтобы лед Гренландии оставался там, где он есть. Потому что, если этого не произойдет, отражательная способность острова уменьшится, что приведет к росту глобальной температуры.
Тем не менее, ледниковые периоды в конце концов заканчиваются, а также их периоды оледенения. По мере того как воздух становится холоднее, он больше не может удерживать столько влаги, как раньше, что приводит, в свою очередь, к выпадению меньшего количества снега и невозможности расширения ледяных шапок и даже их поддержания. В результате начинается цикл отрицательной обратной связи, который знаменует начало межледникового периода.
По этой логике в 1956 году была предложена теория, предполагающая, что Северный Ледовитый океан, не покрытый льдом, вызовет больше снегопадов на более высоких широтах, выше и ниже полярного круга. Этого снега может оказаться так много, что он не растает в течение летних месяцев, увеличивая альбедо Земли и уменьшая общую температуру. Со временем это позволит сформироваться льду на более низких широтах и в средних широтах - толчок, запускающий процесс оледенения.
7. Но как нам узнать, что ледниковый период действительно был?
Причиной, из-за которой люди начали думать о ледниковых периодах, стали, в первую очередь, некоторые огромные валуны, оказавшиеся в центре пустой местности без каких-либо объяснений относительно того, как они туда попали. Изучение процессов оледенения началось в середине 18-го века, когда швейцарский инженер и географ Пьер Мартель (Pierre Martel) начал документировать беспорядочно разбросанные горные образования внутри альпийской долины и ниже ледника. Местные жители сказали ему, что эти огромные валуны подтолкнул ледник, который когда-то простирался намного дальше по горе.
На протяжении десятилетий во всем мире были задокументированы другие подобные случаи, что стало основой для теории ледниковых периодов. С тех пор были учтены и другие формы доказательств. Геологические особенности, в том числе ранее упомянутые горные породы, содержащие ледниковые отложения, резные долины, такие как фьорды, ледниковые озера и различные другие формы изрезанной поверхности земли. Проблема с ними состоит в том, что их сложно датировать, а последующие оледенения могут исказить или даже полностью стереть предыдущие геологические образования.
Более точные данные поступают благодаря палеонтологии - изучению окаменелостей. Хотя и не без некоторых недостатков и неточностей, но палеонтология говорит об истории ледниковых периодов, показывая нам распределение организмов, адаптированных к холоду, когда-то обитавших на более низких широтах, и организмов, которые обычно процветают в более теплом климате, количество которых либо снижалось ближе к экватору, либо они совсем исчезали.
Однако наиболее точные доказательства дают изотопы. Различия в соотношениях изотопов между ископаемыми, осадочными породами и океанскими отложениями могут многое рассказать об окружающей среде, в которой они образовались. Говоря о текущем ледниковом периоде, мы также имеем доступ к ледяным ядрам, полученным из Антарктиды и Гренландии, которые являются наиболее надежной формой доказательств на сегодняшний день. При формулировании своих теорий и прогнозов ученые полагаются на их комбинацию там, где это возможно.
6. Большие ледниковые периоды
На данный момент ученые уверены, что в течение долгой истории Земли было пять крупных ледниковых периодов. Первый из них, известный как Гуронское оледенение, произошел примерно 2,4 миллиарда лет назад и продолжался около 300 миллионов лет, считается самым длительным. Криогенный ледниковый период произошел около 720 миллионов лет назад и продолжался до 630 миллионов лет назад. Этот период считается самым суровым. Третье массивное оледенение произошло около 450 миллионов лет назад и продолжалось около 30 миллионов лет. Оно известно как Андо-Сахарский ледниковый период и вызвало второе по величине массовое вымирание в истории Земли после так называемого Великого вымирания. Длящийся в течение 100 миллионов лет, ледниковый период Кару произошел между 360 и 260 миллионами лет назад и был вызван появлением наземных растений, остатки которых мы теперь используем в качестве ископаемого топлива.
Наконец, у нас есть Плейстоценовый ледниковый период, также известный как Плиоцен-четвертичное оледенение. Он начался примерно 2,58 миллиона лет назад, и с тех пор прошло несколько периодов оледенений и межледниковых периодов с разницей примерно от 40 000 до 100 000 лет. Однако за последние 250 000 лет климат менялся более часто и резко, причем предыдущий межледниковый период прерывался многочисленными холодными периодами, которые продолжались несколько столетий. Нынешний межледниковый период, начавшийся примерно 11 000 лет назад, является нетипичным из-за относительно стабильного климата, который был до этого момента. Можно с уверенностью сказать, что люди не смогли бы вести сельское хозяйство и достигнуть нынешнего уровня цивилизации, если бы не этот необычный период температурной стабильности.
5. Колдовство
«Что, что?» Мы знаем, о чем вы подумали, увидев этот заголовок в нашем списке. Но сейчас мы все объясним...
В течение нескольких столетий, начиная примерно с 1300 года и заканчивая примерно 1850 годом, мир пережил период, известный как Малый ледниковый период. Для того, чтобы глобальная температура снизилась, особенно в Северном полушарии, в результате чего выросли горные ледники, реки замерзли, а урожай погиб, потребовалось несколько факторов. В середине 17 века в Швейцарии из-за вторгшихся ледников были полностью разрушены несколько деревень, а в 1622 году полностью замерла даже южная часть Босфорского пролива вокруг Стамбула. В 1645 году ситуация ухудшилась и так продолжалась в течение следующих 75 лет, во время периода, известного ученым сегодня как Минимум Маундера.
В течение этого времени на солнце было мало солнечных пятен. Эти пятна являются областями на поверхности Солнца, температура в которых значительно ниже. Они вызваны концентрацией магнитных потоков в нашей звезде. Сами по себе эти пятна, вероятно, будут способствовать понижению температуры Земли, но они окружены очень яркими областями, известными как факулы. У факул значительно более высокая мощность излучения, которая намного превосходит слабость свечения, вызванную солнечными пятнами. Таким образом, Солнце без пятен фактически имеет более низкий уровень излучения, чем обычно. По оценкам, в течение 17-го века, Солнце потускнело на 0,2 процента, что частично объясняет этот Малый ледниковый период. За это время в мире произошло более 17 извержений вулканов, что еще больше ослабило солнечные лучи.
Экономические невзгоды, вызванные этим многовековым холодным периодом, оказали невероятное психологическое воздействие на людей. Частые потери урожаях и нехватка дров привели к тому, что в Салеме, штат Массачусетс, вспыхнули серьезные случаи массовой истерии. Зимой 1692 года двадцать человек, четырнадцать из которых были женщинами, были повешены по обвинению в том, что являются ведьмами и виноваты во всех невзгодах остальных. Пятеро других, двое из которых были детьми, позже умерли в тюрьме, куда их поместили по тому же обвинению. Из-за неблагоприятной погоды в таких местах, как Африка, даже сегодня люди иногда обвиняют друг друга в том, что они являются ведьмами.
4. Земля – снежный шар
Первый ледниковый период на Земле был также самым длинным. Как мы упоминали ранее, он продолжался целых 300 миллионов лет. Известный как Гуронское оледенение, этот невероятно длинный и холодный период начался около 2,4 миллиарда лет назад, в то время, когда на Земле существовали только одноклеточные организмы. Пейзаж выглядел совсем иначе, чем сегодня, даже до того, как лед сковал все вокруг. Однако произошел ряд событий, которые в конечном итоге привели к апокалипсическому событию глобальных масштабов, в результате которого большая часть планеты оказалась покрыта толстом льдом. До гуронского оледенения на Земле преобладали анаэробные организмы, которые не нуждались в кислороде. Кислород был, по сути, ядовитым для них и чрезвычайно редким элементом в воздухе, он составлял всего 0,02% атмосферы. Но в какой-то момент возникла другая форма жизни - цианобактерия.
Эта крошечная бактерия была первой из тех, кто когда-либо использовал фотосинтез в качестве способа питания. Побочным продуктом этого процесса является кислород. По мере того, как эти крошечные существа процветали в Мировом океане, они выделяли миллионы и миллионы тонн кислорода, повысив его концентрацию в атмосфере до 21% и спровоцировав исчезновение всей анаэробной жизни. Это событие называют Великим кислородным событием. Воздух также был заполнен метаном, и в контакте с кислородом он превратился в CO2 и . Тем не менее, метан в 25 раз более эффективен как парниковый газ, чем CO2, что означает, что это преобразование привело к понижению глобальных температур, что, в свою очередь, запустило Гуронское оледенение и первое массовое вымирание на Земле. Иногда вулканы добавляли дополнительный CO2 в воздух, что приводило к межледниковым периодам.
3. Запеченная Аляска
Если его название недостаточно понятно, Криогенный ледниковый период был самым холодным периодом в долгой истории Земли. Сегодня он также является предметом многих научных споров. Одной из тем обсуждения является вопрос о том, была ли Земля полностью покрыта льдом, или вдоль экватора оставалась линия открытой воды – теория Снежного шара или Земли - снежка, поскольку некоторые называют эти два сценария. Криогенный период продолжался примерно с 720 до 635 миллионов лет назад и может быть разделен на два крупных события оледенения, известных как Стартанское (720-680 млн. лет) и Мариноанское (приблизительно от 650 до 635 млн. лет). Важно отметить, что в этот момент не существовало многоклеточной жизни, и некоторые полагают, что сценарий Земли - снежка стал катализатором ее эволюции во время так называемого Кембрийского взрыва.
Особенно интересное исследование было опубликовано еще в 2009 году, в нем основное внимание уделялось, в частности, Мариноанскому оледенению. Согласно анализу, атмосфера Земли была относительно теплой, а ее поверхность была покрыта толстым слоем льда. Это возможно только в том случае, если планета полностью или почти полностью покрыта льдом. Это явление сравнили с десертом Запеченная Аляска, где мороженое тает не сразу после того, как его поместили в духовку. Оказывается, в составе атмосферы было много парниковых газов, но вопреки ожиданиям, это не предотвратило и никак не было связано с ледниковым периодом. Эти газы присутствовали в таких больших количествах из-за повышенной вулканической активности, последовавшей за распадом суперконтинента Родиния. Считается, что эта длительная вулканическая активность помогла «запустить» ледниковый период.
Однако научное сообщество предупреждает, что нечто подобное может повториться, если атмосфера начнет отражать в космос слишком много солнечных лучей. Один из таких периодов может быть запущен массовым извержением вулканов, ядерной войной или нашими будущими попытками смягчить последствия глобального потепления, распыляя в атмосферу слишком много сульфатных аэрозолей.
2. Мифы о наводнении
Когда около 14 500 лет назад лед ледников начал таять, вода не стекала в океан одинаково по всей Земле. В некоторых местах, таких как Северная Америка, начали формироваться огромные ледниковые озера. Эти озера появляются в результате того, что на пути воды встречается преграда в виде ледяной стены или ледниковых отложений. За 1600 лет, озеро Агассис (Lake Agassiz) покрыло площадь в 440 000 кв. км - больше, чем любое озеро, существующее сегодня. Оно сформировалось на территории Северной Дакоты, Миннесоты, Манитобы, Саскачевана и Онтарио. Когда дамба, наконец, прорвалась, пресная вода хлынула в Северный Ледовитый океан через долину реки Макензи (Mackenzie River).
Этот большой приток пресной воды ослабил океаническое течение на 30%, погрузив планету в 1200-летний период оледенения, известный как Ранний дриас. Предполагается, что этот несчастливый поворот событий привел к уничтожению культуры Кловиса и североамериканской мегафауны. Записи также показывают, что этот холодный период неожиданно закончился около 11 500 лет назад, а температура в Гренландии повысилась до -7 градусов по Цельсию всего за десять лет.
Во время Раннего дриаса льды ледников пополнялись, и, когда планета снова начала прогреваться, появилось озеро Агассис. Однако на этот раз оно соединилось с таким же большим озером, известным как Оджибве (Ojibway). Вскоре после их слияния произошел новый прорыв, но на сей раз в Гудзонский залив. Еще один холодный период, произошедший 8 200 лет назад, известен как событие 8,2 килойеар (8.2 kiloyear event).
Хотя низкие температуры держались всего 150 лет, это событие позволило повысить уровень моря на 4 метра. Интересно, что историки смогли связать истоки многих мифов о наводнениях со всего мира именно с этим периодом времени. Это внезапное повышение уровня моря также привело к тому, что Средиземное море проложило себе дорогу через Босфорский пролив и затопило Черное море, которое в то время было только пресноводным озером.
1. Марсианский ледниковый период
Не поддающиеся нашему контролю ледниковые периоды - это природные явления, которые случаются не только на Земле. Как и у нашей планеты, у Марса также случаются периодические изменения в орбите и наклоне оси. Но в отличие от Земли, где ледниковый период подразумевает рост полярных ледяных шапок, на Марсе происходят другие процессы. Поскольку его ось наклонена больше, чем ось Земли, а полюса получают больше солнечного света, марсианский ледниковый период означает, что полярные ледяные шапки фактически отступают, а ледники на средней широте расширяются. Этот процесс прекращается в межледниковые периоды.
За последние 370 000 лет Марс медленно выходил из своего ледникового периода и вступал в межледниковый период. По оценкам ученых, на полюсах накапливается примерно 87 115 кубических километров льда, большинство скапливается в Северном полушарии. Компьютерные модели также показали, что Марс может полностью покрыться льдом во время оледенения. Однако эти исследования находятся на ранних стадиях, и, учитывая тот факт, что мы все еще далеки от полного понимания собственных ледниковых периодов на Земле, мы не можем ожидать, что узнаем все, что происходит на Марсе. Тем не менее, это исследование может оказаться полезным, учитывая наши планы на будущее для Красной планеты. Это также очень помогает нам на Земле. «Марс служит упрощенной лабораторией для тестирования климатических моделей и сценариев, без океанов и биологии, которые мы затем можем использовать для лучшего понимания земных систем», - сказал планетарный ученый Исаак Смит (Isaac Smith).
Мы во власти осени, и становится все холоднее. Не движемся ли мы к ледниковому периоду, интересуется один из читателей.
Быстротечное датское лето позади. Листья опадают с деревьев, птицы улетают на юг, становится темнее и, конечно, холоднее тоже.
Наш читатель Ларс Петерсен (Lars Petersen) из Копенгагена начал готовиться к холодным дням. И он хочет знать, насколько серьезно ему нужно подготовиться.
«Когда начинается следующий ледниковый период? Я узнал, что ледниковые и межледниковые периоды сменяют друг друга регулярно. Так как мы живем в межледниковье, логично предположить, что впереди нас ждет следующий ледниковый период, не так ли?» - пишет он в письме в раздел «Спроси науку» (Spørg Videnskaben).
Мы в редакции вздрагиваем при мысли о холодной зиме, которая подстерегает нас на том конце осени. Мы тоже с удовольствием узнали бы, не на пороге ли мы ледникового периода.
До следующего ледникового периода еще далеко
Поэтому мы адресовали преподавателю Центра фундаментальных исследований льда и климата при Копенгагенском университете Суне Расмуссену (Sune Olander Rasmussen).
Суне Расмуссен изучает холод и получает информацию о погоде прошлого, буря гренландские ледники и айсберги. Кроме того, он может использовать свои знания для того, чтобы исполнять роль «предсказателя ледниковых периодов».
«Для того, чтобы наступил ледниковый период, должно совпасть несколько условий. Мы не можем точно предсказать, когда начнется ледниковый период, но даже если бы человечество не влияло дальше на климат, наш прогноз таков, что условия для него сложатся в лучшем случае через 40 - 50 тысяч лет», - успокаивает нас Суне Расмуссен.
Раз уж мы все равно разговариваем с «предсказателем ледникового периода», мы можем получить и еще кое-какую информацию, о каких это «условиях» идет речь, чтобы немного больше разобраться в том, что же такое на самом деле ледниковый период.
Вот что такое ледниковый период
Суне Расмуссен рассказывает, что во время последнего ледникового периода средняя температура на земле была на несколько градусов ниже, чем сегодня, и что климат на более высоких широтах был холоднее.
Большая часть северного полушария была покрыта массивными ледяными покровами. Например, Скандинавия, Канада и некоторые другие части Северной Америки были покрыты трехкилометровым ледяным панцирем.
Огромный вес ледяного покрова вдавил земную кору на километр внутрь Земли.
Ледниковые периоды дольше, чем межледниковье
Однако 19 тысяч лет назад начали происходить изменения в климате.
Это значило, что Земля постепенно становилась все теплее, и в течение следующих 7 000 лет освободилась от холодной хватки ледникового периода. После этого началось межледниковье, в котором мы сейчас и находимся.
В Гренландии последние остатки панциря сошли очень резко 11 700 лет назад или если быть точным 11 715 лет назад. Об этом свидетельствуют исследования Суне Расмуссена и его коллег.
Значит, с момента последнего ледникового периода прошло 11 715 лет, и это совершенно нормальная длина межледниковья.
«Забавно, что мы обычно рассматриваем именно ледниковый период как «событие», хотя на самом деле все как раз наоборот. Средний ледниковый период длится 100 тысяч лет, тогда как межледниковье продолжается от 10 до 30 тысяч лет. То есть, Земля чаще находится в ледниковом периоде, чем наоборот».
«Пара последних межледниковых периодов длилась всего примерно по 10 тысяч лет, что объясняет широко распространенное, но ошибочное мнение, что наш нынешний межледниковый период приближается к концу», - говорит Суне Расмуссен.
Три фактора влияют на возможность начала ледникового периода
То, что Земля погрузится в новый ледниковый период через 40-50 тысяч лет, зависит от того, что у орбиты вращения Земли вокруг Солнца есть небольшие вариации. Вариации определяют, какое количество солнечного света на какие широты попадает, и тем самым влияет на то, насколько там тепло или холодно.
Это открытие сделал сербский геофизик Милутин Миланкович почти 100 лет назад, и поэтому оно известно под названием Циклы Миланковича.
Циклы Миланковича это:
1. Орбита вращения Земли вокруг Солнца, которая изменяется циклически примерно раз в 100 000 лет. Орбита превращается из почти круглой в более эллиптическую, а затем обратно. Из-за этого расстояние до Солнца изменяется. Чем дальше Земля от Солнца, тем меньше солнечного излучения получает наша планета. Кроме того, когда меняется форма орбиты, меняется и длина времен года.
2. Наклон земной оси, который колеблется между 22 и 24,5 градусами по отношению к орбите вращения вокруг Солнца. Этот цикл охватывает примерно 41 000 лет. 22 или 24.5 градуса - кажется не такая уж существенная разница, но наклон оси очень сильно влияет на выраженность различных времен года. Чем больше Земля наклонена, тем больше разница между зимой и летом. В настоящий момент наклон земной оси составляет 23,5 и он уменьшается, что означает, что различия между зимой и летом будут в ближайшие тысячи лет снижаться.
3. Направление земной оси относительно пространства. Направление изменяется циклически с периодом в 26 тысяч лет.
«Комбинация этих трех факторов определяет, есть ли предпосылки к началу ледникового периода. Практически невозможно представить, как происходит взаимодействие этих трех факторов, но с помощью математических моделей мы можем рассчитать, сколько солнечного излучения получают определенные широты в определенное время года, а также получали в прошлом и будут получать в будущем», - говорит Суне Расмуссен.
Снег летом приводит к ледниковому периоду
В особенности важную роль в этом контексте играют температуры летом.
Миланкович понял, что, чтобы была предпосылка для начала ледникового периода, лето в северном полушарии должно быть холодным.
Если зимы снежные, и большая часть северного полушария покрыта снегом, то температуры и количество солнечных часов летом определяют, будет ли снегу позволено остаться на все лето.
«Если снег летом не тает, то в Землю проникает мало солнечного света. Остальное отражается обратно в космос белоснежным покрывалом. Это усугубляет охлаждение, которое началось из-за изменения орбиты вращения Земли вокруг Солнца», - рассказывает Суне Расмуссен.
«Дальнейшее же охлаждение приносит еще больше снега, который еще больше снижает количество абсорбированного тепла, и так далее, до тех пор, пока не начнется ледниковый период», - продолжает он.
Точно так же период с жаркими летами приводит к тому, что ледниковый период заканчивается. Тогда жаркое солнце растапливает лед достаточно для того, чтобы солнечный свет вновь мог попадать на темные поверхности, вроде почвы или моря, которые абсорбируют его и нагревают Землю.
Люди оттягивают следующий ледниковый период
Еще один фактор, который имеет значение для возможности начала ледникового периода - это количество углекислого газа в атмосфере.
Так же, как снег, отражающий свет, усиливает образование льда или ускоряет его таяние, повышение содержания углекислого газа в атмосфере от 180 ppm до 280 ppm (миллионных долей) способствовало выведению Земли из последнего ледникового периода.
Однако с того момента, как началась индустриализация, люди все время занимаются дальнейшим повышением доли углекислого газа, так что сейчас она почти 400 ppm.
«У природы ушло 7 000 лет, чтобы после окончания ледникового периода поднять долю углекислого газа на 100 ppm. Люди сумели сделать то же самое всего за 150 лет. Это имеет большое значение для того, сможет ли Земля вступить в новый ледниковый период. Это очень существенное влияние, которое означает не только то, что в настоящий момент не может начаться ледниковый период», - говорит Суне Расмуссен.
Мы благодарим Ларса Петерсена за хороший вопрос и посылаем по-зимнему серую футболку в Копенгаген. Также мы благодарим Суне Расмуссена за хороший ответ.
А еще мы призываем наших читателей присылать больше научных вопросов на [email protected].
А ты знал?
Ученые всегда говорят о ледниковом периоде лишь в северном полушарии планеты. Причина в том, что в южном полушарии слишком мало суши, на которой может лежать массивный слой снега и льда.
За вычетом Антарктиды, вся южная часть южного полушария покрыта водой, которая не обеспечивает хороших условий для возникновения толстого ледяного панциря.
Климатические изменения наиболее ярко выражались в периодически наступавших ледниковых периодах, которые оказывали существенное влияние на преобразование поверхности суши, находящейся под телом ледника, водные объекты и биологические объекты, оказывающиеся в зоне влияния ледника.
По последним научным данным, продолжительность ледниковых эр на Земле составляет не менее трети всего времени ее эволюции за последние 2,5 млрд. лет. А если учесть длительные начальные фазы зарождения оледенения и его постепенной деградации, то эпохи оледенения займут почти столько же времени, сколько и теплые, безледниковые, условия. Последний из ледниковых периодов начался почти миллион лет назад, в четвертичное время, и ознаменовался обширным распространением ледников - Великим оледенением Земли. Под мощными покровами льда оказались северная часть Северо-Американского континента, значительная часть Европы, а возможно, также и Сибирь. В Южном полушарии подо льдом, как и сейчас, находился весь Антарктический материк.
Основными причинами оледенений являются:
космические;
астрономические;
географические.
Космические группы причин:
изменение количества тепла на Земле в связи с прохождением Солнечной системы 1 раз/186 млн. лет через холодные зоны Галактики;
изменение количества тепла, получаемого Землей, в связи с уменьшением солнечной активности.
Астрономические группы причин:
изменение положения полюсов;
наклон земной оси к плоскости эклиптики;
изменение эксцентриситета орбиты Земли.
Геолого-географические группы причин:
изменение климата и количества углекислоты в атмосфере (увеличение углекислоты – потепление; уменьшение – похолодание);
изменение направлений океанических и воздушных течений;
интенсивный процесс горообразования.
К условиям проявления оледенения на Земле относятся:
выпадение снега в виде осадков в условиях низких температур с его накоплением как материала для наращивания ледника;
отрицательные температуры в районах, где отсутствуют оледенения;
периоды интенсивного вулканизма из-за огромного количества пепла, выбрасываемого вулканами, что приводит к резкому уменьшению поступления тепла (солнечных лучей) на земную поверхность и вызывает глобальные уменьшения температур на 1,5-2ºС.
Самое древнее оледенение – протерозой (2300-2000 млн. лет назад) на территории Южной Африки, Северной Америки, Западной Австралии. В Канаде отложилось 12 км осадочных пород, в которых выделяются три мощные толщи ледникового происхождения.
Установленные древние оледенения (рис. 23):
на границе кембрия-протерозоя (около 600 млн. лет назад);
поздний ордовик (около 400 млн. лет назад);
пермский и каменноугольный периоды (около 300 млн. лет назад).
Продолжительность ледниковых периодов десятки – сотни тысяч лет.
Рис. 23. Геохронологическая шкала геологических эпох и древних оледенений
В период максимального распространения четвертичного оледенения ледники покрывали свыше 40 млн. км 2 - около четверти всей поверхности материков. Крупнейшим в Северном полушарии был Североамериканский ледниковый щит, достигавший в толщину 3,5 км. Под ледниковым покровом толщиной до 2,5 км оказалась вся северная Европа. Достигнув наибольшего развития 250 тыс. лет назад, четвертичные ледники Северного полушария стали постепенно сокращаться.
До неогенового периода на всей Земле – ровный теплый климат – в районе островов Шпицбергена и Земли Франца-Иосифа (по палеоботаническим находкам субтропических растений) в это время были субтропики.
Причины похолодания климата:
образование горных хребтов (Кордильеры, Анды), изолировавших район Арктики от теплых течений и ветров (поднятие гор на 1 км – похолодание на 6ºС);
создание в районе Арктики холодного микроклимата;
прекращение поступления тепла в район Арктики из теплых экваториальных областей.
К концу неогенового периода Северная и Южная Америки соединились, что создало препятствия для свободного перетока океанских вод, вследствие чего:
экваториальные воды повернули течение на север;
теплые воды Гольфстрима, резко охлаждаясь в северных водах, создали паровой эффект;
резко возросло выпадение большого количества осадков в виде дождя и снега;
понижение температуры на 5-6ºС привело к оледенению огромных территорий (Северная Америка, Европа);
начался новый период оледенения продолжительностью около 300 тыс. лет (периодичность ледников-межледниковых периодов с конца неогена по антропоген (4 оледенения) - 100 тыс. лет).
Оледенение не было непрерывным на протяжении всего четвертичного периода. Существуют геологические, палеоботанические и другие доказательства того, что за это время ледники по крайней мере трижды совершенно исчезали, сменяясь эпохами межледниковья, когда климат был теплее современного. Однако на смену этим теплым эпохам приходили похолодания, и ледники распространялись вновь. В настоящее время Земля находится в конце четвертой эпохи четвертичного оледенения, и, по геологическим прогнозам, наши потомки через несколько сотен-тысяч лет вновь окажутся в условиях ледникового периода, а не потепления.
По другому пути развивалось четвертичное оледенение Антарктиды. Оно возникло за много миллионов лет до того времени, как появились ледники в Северной Америке и Европе. Помимо климатических условий этому способствовал издавна существовавший здесь высокий материк. В отличие от древних ледниковых покровов Северного полушария, которые то исчезали, то возникали вновь, Антарктический ледниковый покров мало изменялся в своих размерах. Максимальное оледенение Антарктиды было больше современного всего в полтора раза по объему и ненамного больше по площади.
Кульминация последней ледниковой эпохи на Земле была 21-17 тыс. лет назад (рис. 24), когда объем льда возрастал приблизительно до 100 млн. км 3 . В Антарктике оледенение в это время захватывало весь континентальный шельф. Объем льда в ледниковом покрове, по-видимому, достигал 40 млн. км 3 , то есть был примерно на 40% больше его современного объема. Граница паковых льдов сдвигалась к северу приблизительно на 10°. В Северном полушарии 20 тыс. лет назад сформировался гигантский Панарктический древнеледниковый покров, объединявший Евразийский, Гренландский, Лаврентийский и ряд более мелких щитов, а также обширные плавучие шельфовые ледники. Общий объем щита превышал 50 млн. км 3 , а уровень Мирового океана понижался не менее чем на 125м.
Деградация Панарктического покрова началась 17 тыс. лет назад с разрушения входивших в его состав шельфовых ледников. После этого «морские» части Евразийского и Североамериканского ледниковых покровов, потерявшие устойчивость, стали катастрофически разрушаться. Распад оледенения произошел всего за несколько тысяч лет (рис. 25).
От края ледниковых покровов в то время текли огромные массы воды, возникали гигантские подпрудные озера, а их прорывы были во много раз больше современных. В природе господствовали стихийные процессы, неизмеримо более активные, чем сейчас. Это привело к значительному обновлению природной среды, частичной смене животного и растительного мира, началу господства на Земле человека.
Последнее отступание ледников, начавшееся свыше 14 тыс. лет назад, осталось на памяти людей. По-видимому, именно процесс таяния ледников и подъема уровня воды в океане с обширным затоплением территорий описан в Библии как всемирный потоп.
12 тыс. лет назад наступил голоцен - современная геологическая эпоха. Температура воздуха в умеренных широтах повысилась на 6° по сравнению с холодным поздним плейстоценом. Оледенение приняло современные размеры.
В историческую эпоху - примерно за 3 тыс. лет - наступания ледников происходили в отдельные столетия с пониженной температурой воздуха и увеличенной увлажненностью и получили название малые ледниковые периоды. Такие же условия складывались в последние века прошлой эры и в середине прошлого тысячелетия. Около 2,5 тыс. лет назад началось значительное похолодание климата. Арктические острова покрылись ледниками, в странах Средиземноморья и Причерноморья на грани новой эры климат был более холодным и влажным, чем сейчас. В Альпах в I тысячелетии до н. э. ледники выдвинулись на более низкие уровни, загромоздили горные перевалы льдами и разрушили некоторые высоко расположенные селения. На эту эпоху приходится крупное наступание кавказских ледников.
Совсем другим был климат на рубеже I и II тысячелетий новой эры. Более теплые условия и отсутствие льдов в северных морях позволили мореплавателям Северной Европы проникнуть далеко на север. С 870 года началась колонизация Исландии, где ледников в то время было меньше, чем теперь.
В X веке норманны, ведомые Эйриком Рыжим, обнаружили южную оконечность огромного острова, берега которого заросли густой травой и высоким кустарником, они основали здесь первую европейскую колонию, а землю эту назвали Гренландией, или «зеленой землей» (что сейчас ни в коей мере не скажешь о суровых землях современной Гренландии).
К концу I тысячелетия сильно отступили и горные ледники в Альпах, на Кавказе, в Скандинавии и Исландии.
Климат начал снова серьезно меняться в XIV веке. В Гренландии стали наступать ледники, летнее оттаивание грунтов становилось все более кратковременным, и к концу века здесь прочно установилась вечная мерзлота. Возросла ледовитость северных морей, и предпринимавшиеся в последующие века попытки достигнуть Гренландии обычным путем заканчивались неудачей.
С конца XV века началось наступание ледников во многих горных странах и полярных районах. После сравнительно теплого XVI века наступили суровые столетия, получившие название малого ледникового периода. На юге Европы часто повторялись суровые и продолжительные зимы, в 1621 и 1669 годах замерзал пролив Босфор, а в 1709 году по берегам замерзало Адриатическое море.
В
о
второй половине XIX века завершился малый
ледниковый период и началась сравнительно
теплая эпоха, продолжающаяся и поныне.
Рис. 24. Границы последнего оледенения
Рис. 25. Схема образования и таяния ледника (по профилю Северный Ледовитый океан – Кольский полуостров – Русская платформа)
Многие из нас полагают, что ледниковый период закончился очень давно и никаких его следов не осталось. Но геологи заявляют, что мы только приближаемся к окончанию ледникового периода. А жители Гренландии все еще живут в ледниковом периоде.
Примерно 25 тысяч лет назад народы, населявшие центральную часть Северной Америки, видели лед и снег круглый год. Огромная стена льда простиралась от Тихого до Атлантического океана, а на север — до самого полюса. Это было на заключительной стадии ледникового периода, когда вся территория Канады, большая часть Соединенных Штатов и северо-западная часть Европы были покрыты слоем льда толщиной более одного километра.
Но это не значит, что было всегда очень холодно. В северной части США температура только на 5 градусов была ниже современной. Холодные летние месяцы вызвали ледниковый период. В это время тепла было недостаточно, чтобы растопить лед и снег. Он накапливался и в конце концов покрыл всю северную часть этих районов.
Ледниковый период состоял из четырех этапов. В начале каждого из них образовывался лед продвигаясь на юг, затем таял и отступал к Северному полюсу. Это происходило, как считают, четыре раза. Холодные периоды называют «оледенением», теплые — «межледниковым» периодом. Считается, что первый этап в Северной Америке начался около двух миллионов лет назад, второй — примерно 1 250 000 лет назад, третий — около 500 000 лет назад, а последний — примерно 100 000 лет назад.
Скорость таяния льда на последнем этапе ледникового периода в различных районах была неодинаковой. Например, в районе расположения современного штата Висконсин в США таяние льда началось примерно 40 000 лет назад. Лед, который покрывал район Новой Англии в США, исчез около 28 000 лет назад. А территорию современного штата Миннесота лед освободил только 15 000 лет назад!
В Европе Германия освободилась ото льда 17 000 лет назад, а Швеция — только 13 000 лет назад.
Почему ледники существуют и в наши дни?
Огромную массу льда, с образования которой начался ледниковый период в Северной Америке, назвали «континентальным ледником»: в самом центре его толщина достигала 4,5 км. Возможно, этот ледник формировался и таял четыре раза за весь ледниковый период.
Ледник, который покрывал другие части света, некоторых местах не растаял! Например, огромный остров Гренландия все еще покрыт континентальным ледником, за исключением узкой прибрежной полосы. В своей средней части ледник иногда достигает толщины более трех километров. Антарктида также покрыта обширным континентальным ледником толщиной льда в некоторых местах до 4 километров!
Поэтому причиной, почему в некоторых районах земного шара имеются ледники, является то, что они не растаяли с ледникового периода. Но основная часть ледников, встречающихся сейчас, образовалась недавно. В основном они расположены в горных долинах.
Они берут свое начало в широких, пологих, по форме напоминающих амфитеатры, долинах. Снег попадает сюда со склонов в результате обвалов и лавин. Такой снег не тает летом, с каждым годом становясь все глубже. Постепенно давление сверху, некоторое оттаивание, повторное замораживание удаляют воздух из донной части этой снежной массы, превращая ее в твердый лед. Воздействие веса всей массы льда и снега сдавливает всю массу и заставляет ее двигаться вниз по долине. Такой движущийся язык льда и есть горный ледник.
В Европе в Альпах известно более 1200 таких ледников! Они также существуют на Пиренеях, в Карпатах, на Кавказе, а также в горах южной части Азии. На юге Аляски находятся десятки тысяч подобных ледников, некоторые длиной от 50 до 100 км!
Ученые отмечают, что ледниковый период - это часть ледовой эры, когда земные покровы скрывает лед на долгие миллионы лет. Но многие называют ледниковым периодом отрезок истории Земли, который завершился порядка двенадцати тысяч лет назад.
Стоит отметить, что история ледникового периода имела огромное количество неповторимых особенностей, которые не дошли до нашего времени. Например, уникальные животные, которые смогли приспособиться к существованию в этом непростом климате - мамонты, носороги, саблезубые тигры, пещерные медведи и другие. Они были покрыты густым мехом и довольно крупных размеров. Травоядные животные приспосабливались добывать пищу из под заледенелой поверхности. Возьмем носорогов, они разгребали рогом лед и питались растениями. Как не странно, растительность была разнообразной. Конечно, многие виды растений исчезли, но травоядные животные свободно получали доступ к пище.
Несмотря на то, что древние люди были некрупных размеров и не обладали покровом шерсти, они тоже смогли выжить во времена ледникового периода. Жизнь их была невероятно опасной и трудной. Они строили себе маленькие жилища и утепляли их шкурами убитых животных, а мясо употребляли в пищу. Люди придумывали различные ловушки, чтобы заманить туда крупных животных.
Рис. 1 - Ледниковый период
Впервые об истории ледникового периода заговорили в восемнадцатом веке. Тогда начала закладываться геология, как научная отрасль, и ученые принялись выяснять какое происхождение имеют валуны в Швейцарии. Большинство исследователей сошлись в единой точке зрения, что они имеют ледниковое начало. В девятнадцатом веке было выдвинуто предположение, что климат планеты был подвержен резким похолоданиям. А чуть позднее был оглашен и сам термин "ледниковый период" . Ввел его Луи Агассис, чьи идеи сначала не признавались широкой общественностью, но затем было доказано, что многие его труды действительно имеют под собой основания.
Помимо того, что геологи смогли установить тот факт, что ледниковый период имел место быть, они ещё и попытались выяснить по какой причине он возник на планете. Самое распространенное мнение гласит о том, что движение литосферных плит может блокировать теплые течения в океане. Это постепенно вызывает образование массива льда. Если масштабные ледниковые покровы уже образовались на поверхности Земли, то они будут вызывать резкое похолодание, отражая солнечный свет, а значит и тепло. Ещё одной причиной образования ледников, могло стать изменение уровня парниковых эффектов. Наличие больших арктических массивов и быстрое распространение растений, устраняет парниковый эффект за счет замены углекислого газа на кислород. Какой бы не была причина образования ледников - это очень долгий процесс, который может усиливать и влияние солнечной активности на Землю. Изменения орбиты нашей планеты вокруг Солнца делают ее крайне восприимчивой. Также влияние оказывает удаленность планеты от "главной" звезды. Ученые предполагают, что даже во времена самых масштабных ледниковых периодов, Земля была покрыта льдом лишь на одну треть от всей площади. Есть предположения, что имели место быть и ледниковые периоды, когда вся поверхность нашей планеты покрывалась льдом. Но этот факт пока остается спорным в мире геологических исследований.
На сегодняшний день, самый значительный ледниковый массив - Антарктический. Мощность льда местами достигает более чем четырех километров. Ледники движутся в среднем со скоростью пятьсот метров в год. Еще один впечатляющий ледяной покров находится в Гренландии. Примерно семьдесят процентов этого острова занимают ледники, а это одна десятая льда всей нашей планеты. На данный момент времени, ученые считают, что ледниковый период не сможет начаться еще как минимум тысячу лет. Все дело в том, что в современном мире идет колоссальный выброс углекислого газа в атмосферу. А как мы выяснили ранее, образование ледников возможно только при низком уровне его содержания. Однако это ставит перед человечеством другую проблему - глобальное потепление, которая может быть не менее масштабной, чем начало ледниковой эпохи.