Kvartär glaciation

Omfattningen av maximal glaciation (svart) på norra halvklotet under Pleistocen. Bildandet av 3 till 4 km (1,9 till 2,5 mi) tjocka inlandsisar motsvarar ett globalt havsnivåfall på cirka 120 m (390 fot)

Den kvartära glaciationen , även känd som Pleistocene-glaciationen , är en omväxlande serie av glaciala och interglaciala perioder under kvartärperioden som började 2,58 Ma (miljoner år sedan) och som pågår. Även om geologer beskriver hela denna period fram till nutid som en " istid ", i populärkulturen hänvisar denna term vanligtvis till den senaste istiden , eller till Pleistocene -epoken i allmänhet. Eftersom jorden fortfarande har polära inlandsisar, anser geologer att den kvartära glaciationen pågår, även om den för närvarande befinner sig i en interglacial period.

Under den kvartära glaciationen uppträdde inlandsisar som expanderade under glaciala perioder och drar ihop sig under interglaciala perioder . Sedan slutet av den senaste istiden har bara Antarktis och Grönlands inlandsisar överlevt, medan andra ark som bildats under glaciala perioder, som Laurentide-isen , har helt smält.

De viktigaste effekterna av den kvartära glaciationen har varit den kontinentala erosion av land och avsättning av material; modifiering av flodsystem ; bildandet av miljontals sjöar , inklusive utvecklingen av pluviala sjöar långt från iskanterna; förändringar i havsnivån ; den isostatiska justeringen av jordskorpan ; översvämning; och onormala vindar. Inlandsisarna själva, genom att höja albedon (förhållandet mellan solstrålningsenergi som reflekteras från jorden tillbaka till rymden) genererade betydande återkoppling för att ytterligare kyla klimatet . Dessa effekter har format mark- och havsmiljöer och biologiska samhällen.

Långt före den kvartära glaciationen dök landbaserad is upp och försvann sedan under minst fyra andra istider.

Upptäckt

Bevis för den kvartära glaciationen förstods först på 1700- och 1800-talen som en del av den vetenskapliga revolutionen .

Under det senaste århundradet har omfattande fältobservationer gett bevis för att kontinentala glaciärer täckte stora delar av Europa , Nordamerika och Sibirien . Kartor över glaciala egenskaper sammanställdes efter många års fältarbete av hundratals geologer som kartlade läget och orienteringen av drumlins , rullar , moräner , striationer och glaciala strömkanaler för att avslöja utbredningen av inlandsisarna , riktningen för deras flöde, och smältvattenkanalernas system. De tillät också forskare att dechiffrera en historia av flera framsteg och reträtter av isen. Redan innan teorin om världsomspännande glaciation var allmänt accepterad, insåg många observatörer att mer än en enda framryckning och reträtt av isen hade inträffat.

Beskrivning

Graf över rekonstruerad temperatur (blå), CO ₂ (grön) och damm (röd) från Vostok Stations iskärna under de senaste 420 000 åren

För geologer definieras en istid av förekomsten av stora mängder landbaserad is. Före den kvartära glaciationen bildades landbaserad is under minst fyra tidigare geologiska perioder: Karoo (360–260 Ma), Andinska Sahara (450–420 Ma), Cryogenian (720–635 Ma) och Huronian (2 400– 2 100 Ma).

Inom den kvartära istiden förekom också periodiska fluktuationer av den totala volymen av landis, havsnivån och globala temperaturer. Under de kallare episoderna (som hänvisas till som glaciala perioder eller glacialer) stora inlandsisar som är minst 4 km (2,5 mi) tjocka vid sina maximalt täckta delar av Europa , Nordamerika och Sibirien . De kortare varma intervallen mellan glacialerna, när kontinentala glaciärer drog sig tillbaka, kallas interglacialer . Dessa bevisas av nedgrävda jordprofiler, torvbäddar och sjö- och bäckavlagringar som skiljer de osorterade, oskiktade avlagringarna av glaciala skräp åt.

Ursprungligen var den glaciala/interglaciala cykellängden cirka 41 000 år, men efter övergången i mitten av Pleistocen cirka 1 Ma, avtog den till cirka 100 000 år, vilket tydligast framgår av iskärnor under de senaste 800 000 åren och marina sedimentkärnor för den tidigare perioden . Under de senaste 740 000 åren har det förekommit åtta glaciationscykler.

Hela kvartärperioden, som börjar 2,58 Ma, kallas en istid eftersom minst ett permanent stort inlandsis – Antarktis istäcke – har funnits kontinuerligt. Det råder osäkerhet om hur mycket av Grönland som var täckt av is under varje mellanistid.

För närvarande befinner sig jorden i en interglacial period, den holocene epok som började för 15 000 till 10 000 år sedan; detta gjorde att istäcken från den senaste istiden långsamt smälte . De återstående glaciärerna, som nu upptar cirka 10 % av världens landyta, täcker Grönland, Antarktis och vissa bergsområden.

Under glacialperioderna var det nuvarande (dvs. interglaciala) hydrologiska systemet helt avbrutet över stora delar av världen och modifierades avsevärt i andra. På grund av isvolymen på land var havsnivån cirka 120 meter (394 ft) lägre än nu.

Orsaker

Jordens historia av glaciation är en produkt av den interna variabiliteten i jordens klimatsystem (t.ex. havsströmmar , kolcykeln ), som interagerar med yttre kraft från fenomen utanför klimatsystemet (t.ex. förändringar i jordens omloppsbana , vulkanism och förändringar i solproduktionen ).

Astronomiska cykler

Rollen för jordens omloppsförändringar för att kontrollera klimatet framhölls först av James Croll i slutet av 1800-talet. Senare utarbetade den serbiske geofysikern Milutin Milanković teorin och beräknade att dessa oregelbundenheter i jordens omloppsbana kunde orsaka de klimatcykler som nu är kända som Milankovitch-cykler . De är resultatet av det additiva beteendet hos flera typer av cykliska förändringar i jordens omloppsegenskaper.

Förhållandet mellan jordens omloppsbana och perioder av glaciation

För det första sker förändringar i jordens orbitalexcentricitet under en cykel på cirka 100 000 år. För det andra varierar lutningen eller lutningen av jordens axel mellan 22° och 24,5° i en 41 000 år lång cykel. Lutningen av jordens axel är ansvarig för årstiderna ; ju större lutning, desto större kontrast mellan sommar- och vintertemperaturer. För det tredje, precession av dagjämningar , eller vinglingar i jordens rotationsaxel , har en periodicitet på 26 000 år. Enligt Milankovitch-teorin orsakar dessa faktorer en periodisk nedkylning av jorden, med den kallaste delen i cykeln som inträffar ungefär vart 40 000:e år. Den huvudsakliga effekten av Milankovitch-cyklerna är att ändra kontrasten mellan årstiderna, inte den årliga mängden solvärme som jorden tar emot. Resultatet är mindre issmältning än ackumulering, och glaciärer byggs upp.

Milankovitch utarbetade idéerna om klimatcykler på 1920- och 1930-talen, men det var inte förrän på 1970-talet som en tillräckligt lång och detaljerad kronologi över de kvartära temperaturförändringarna utarbetades för att testa teorin på ett adekvat sätt. Studier av djuphavskärnor och deras fossil tyder på att klimatets fluktuationer under de senaste hundra tusen åren ligger anmärkningsvärt nära den som Milankovitch förutspått.

Ett problem med teorin är att dessa astronomiska cykler har inträffat i många miljoner år, men glaciation är en sällsynt företeelse [ ^{citat behövs ]} . Astronomiska cykler korrelerar med glaciala och interglaciala perioder inom en långsiktig istid, men initierar inte istider [ ^{citat behövs ]} .

Atmosfärisk sammansättning

En teori hävdar att minskningar av atmosfärisk CO
₂ , en viktig växthusgas , startade den långsiktiga kylningstrenden som så småningom ledde till bildandet av kontinentala istäcken i Arktis. Geologiska bevis tyder på en minskning med mer än 90 % av atmosfärisk CO ₂ sedan mitten av mesozoiska eran . En analys av CO ₂ -rekonstruktioner från alkenonregistreringar visar att CO ₂ i atmosfären minskade före och under Antarktis glaciation, och stöder en betydande CO ₂ -minskning som den primära orsaken till Antarktis glaciation.

CO ₂ -nivåer spelar också en viktig roll i övergångarna mellan interglacialer och glacialer. Höga CO ₂ -halter motsvarar varma interglaciala perioder och låg CO ₂ mot glaciala perioder. Studier indikerar dock att CO
₂ kanske inte är den primära orsaken till de interglaciala-glaciala övergångarna, utan istället fungerar som en återkoppling . Förklaringen till denna observerade CO
₂ -variation "förblir ett svårt tillskrivningsproblem".

Plattektonik och havsströmmar

En viktig komponent i utvecklingen av långsiktiga istider är kontinenternas positioner. Dessa kan styra cirkulationen av haven och atmosfären, vilket påverkar hur havsströmmar transporterar värme till höga breddgrader. Under större delen av geologisk tid verkar Nordpolen ha befunnit sig i ett brett, öppet hav som tillät stora havsströmmar att röra sig oförminskat . Ekvatorialvatten strömmade in i polarområdena och värmde dem. Detta producerade milda, enhetliga klimat som höll i sig under större delen av geologisk tid.

Men under den kenozoiska eran drev de stora nordamerikanska och sydamerikanska kontinentalplattorna västerut från den eurasiska plattan. Detta sammanlänkade med utvecklingen av Atlanten , som löper nord–sydlig, med nordpolen i den lilla, nästan landlåsta bassängen i Ishavet . Drake -passagen öppnade för 33,9 miljoner år sedan ( övergången mellan eocen och oligocen ), och skiljde Antarktis från Sydamerika . Den antarktiska cirkumpolära strömmen kan sedan flöda genom den, isolera Antarktis från varma vatten och utlösa bildandet av dess enorma inlandsisar . Försvagningen av den nordatlantiska strömmen för omkring 3,65 till 3,5 miljoner år sedan resulterade i kylning och uppfräschning av Ishavet, främjade utvecklingen av arktisk havsis och förberedde bildandet av kontinentala glaciärer senare under Pliocen. Panamanäset utvecklades vid en konvergent plattmarginal för cirka 2,6 miljoner år sedan och separerade havscirkulationen ytterligare, vilket stängde det sista sundet utanför polarområdena som hade kopplat ihop Stilla havet och Atlanten. Detta ökade salt- och värmetransporten mot polen, vilket stärkte den nordatlantiska termohalina cirkulationen , som tillförde tillräckligt med fukt till arktiska breddgrader för att initiera den nordliga glaciationen.

Resningen av berg

Höjningen av kontinental yta, ofta som bergsbildning , tros ha bidragit till att orsaka den kvartära glaciationen. Den gradvisa förflyttningen av huvuddelen av jordens landmassor bort från tropikerna , förutom ökad bergsbildning i sen kenozoikum, innebar mer land på hög höjd och hög latitud, vilket gynnade bildandet av glaciärer. Till exempel Grönlands inlandsis i samband med höjningen av Västgrönlands och Östgrönlands högland i två faser, för 10 och 5 miljoner år sedan under miocentiden . Dessa berg utgör passiva kontinentala marginaler . Datormodeller visar att höjningen skulle ha möjliggjort glaciation genom ökad orografisk nederbörd och kylning av yttemperaturerna . För Anderna är det känt att Principal Cordillera hade stigit till höjder som möjliggjorde utvecklingen av dalglaciärer för cirka 1 miljon år sedan.

Effekter

Närvaron av så mycket is på kontinenterna hade en djupgående effekt på nästan varje aspekt av jordens hydrologiska system. Mest uppenbart är det spektakulära bergslandskapet och andra kontinentala landskap som skapats både av glacial erosion och avlagring istället för rinnande vatten. Helt nya landskap som täcker miljontals kvadratkilometer bildades under en relativt kort period av geologisk tid. Dessutom påverkade de enorma kropparna av glaciäris jorden långt bortom glaciärens marginaler. Direkt eller indirekt märktes effekterna av glaciationen i alla delar av världen.

sjöar

Den kvartära glaciationen producerade fler sjöar än alla andra geologiska processer tillsammans. Anledningen är att en kontinental glaciär helt stör det preglaciala dräneringssystemet . Ytan som glaciären rörde sig över skurades och eroderades av isen och lämnade många slutna, odränerade fördjupningar i berggrunden. Dessa sänkor fylldes med vatten och blev sjöar.

Ett diagram över bildandet av de stora sjöarna

Längs glaciärkanterna bildades mycket stora sjöar. Isen på både Nordamerika och Europa var cirka 3 000 m (10 000 fot) tjock nära centrum för maximal ackumulering, men den avsmalnande mot glaciärkanterna. Isvikten orsakade jordskorpans sättningar, som var störst under den tjockaste ansamlingen av is. När isen smälte släpade återhämtningen av skorpan efter, vilket gav en regional lutning mot isen. Denna sluttning bildade bassänger som har varat i tusentals år. Dessa bassänger blev sjöar eller invaderades av havet. Östersjön och de stora sjöarna i Nordamerika bildades främst på detta sätt . ^{[ tveksamt – diskutera ]}

De talrika sjöarna i den kanadensiska skölden , Sverige och Finland tros ha sitt ursprung åtminstone delvis från glaciärers selektiva erosion av vittrad berggrund .

Pluvial sjöar

De klimatförhållanden som orsakar glaciation hade en indirekt effekt på torra och halvridna områden långt borta från de stora inlandsisarna . Den ökade nederbörden som matade glaciärerna ökade också avrinningen från stora floder och intermittenta strömmar, vilket resulterade i tillväxt och utveckling av stora pluviala sjöar. De flesta pluviala sjöar utvecklades i relativt torra områden där det vanligtvis inte var tillräckligt med regn för att etablera ett dräneringssystem som leder till havet. Istället rann bäckavrinning in i slutna bassänger och bildade playasjöar . Med ökad nederbörd förstorades playasjöarna och svämmade över. Pluvial sjöar var mest omfattande under glaciala perioder. Under interglaciala skeden, med mindre regn, krympte de pluviala sjöarna för att bilda små saltslätter.

Isostatisk justering

Stora isostatiska justeringar av litosfären under den kvartära glaciationen orsakades av isens tyngd, som tryckte ned kontinenterna. I Kanada låg ett stort område runt Hudson Bay under (modern) havsnivå, liksom området i Europa runt Östersjön. Landet har återhämtat sig från dessa sänkor sedan isen smälte. Några av dessa isostatiska rörelser utlöste stora jordbävningar i Skandinavien för cirka 9 000 år sedan. Dessa jordbävningar är unika genom att de inte är förknippade med plattektonik .

Studier har visat att lyftet har skett i två distinkta steg. Den initiala höjningen efter deglaciationen var snabb (kallad "elastisk") och ägde rum när isen lossades. Efter denna "elastiska" fas fortsätter upplyftningen med "långsamt viskös flöde" så att hastigheten minskade exponentiellt efter det. Idag är typiska höjningshastigheter i storleksordningen 1 cm per år eller mindre, förutom i områden i Nordamerika, särskilt Alaska, där höjningshastigheten är 2,54 cm per år (1 tum eller mer). I norra Europa framgår detta tydligt av GPS -data som erhållits av BIFROST GPS-nätverket. Studier tyder på att återhämtningen kommer att fortsätta i ungefär ytterligare 10 000 år. Den totala höjningen från slutet av deglaciationen beror på den lokala isbelastningen och kan vara flera hundra meter nära rekylens centrum.

Vindar

Närvaron av is över så mycket av kontinenterna förändrade kraftigt mönster av atmosfärisk cirkulation. Vindarna nära glaciärkanterna var starka och ihållande på grund av överflöd av tät, kall luft som kom från glaciärfälten. Dessa vindar tog upp och transporterade stora mängder löst, finkornigt sediment som glaciärerna förde ner. Detta stoft ackumulerades som löss (vindblåst silt), och bildade oregelbundna filtar över stora delar av Missouriflodens dalgång, centrala Europa och norra Kina.

Sanddyner var mycket mer utbredda och aktiva i många områden under den tidiga kvartärperioden . Ett bra exempel är Sand Hills -regionen i Nebraska , USA, som täcker en yta på cirka 60 000 km ² (23 166 sq mi). Denna region var ett stort, aktivt dynfält under Pleistocene -epoken, men är idag till stor del stabiliserat av grästäcke.

havsströmmar

Tjocka glaciärer var tillräckligt tunga för att nå havsbotten i flera viktiga områden, vilket blockerade passagen av havsvatten och påverkade havsströmmarna. Utöver dessa direkta effekter orsakade det också återkopplingseffekter, eftersom havsströmmar bidrar till global värmeöverföring.

Guldfyndigheter

Moräner och morän avsatta av kvartära glaciärer har bidragit till bildandet av värdefulla guldfyndigheter . Detta är fallet i sydligaste Chile där omarbetning av kvartära moräner har koncentrerat guld till havs.

Registreringar av tidigare glaciation

500 miljoner år av klimatförändringar .

Nedisning har varit en sällsynt händelse i jordens historia, men det finns bevis på utbredd nedisning under den sena paleozoiska eran (300 till 200 Ma) och den sena Prekambrium (dvs. den neoproterozoiska eran, 800 till 600 Ma). Före den nuvarande istiden , som började 2 till 3 Ma, var jordens klimat typiskt milt och enhetligt under långa tidsperioder. Denna klimathistoria antyds av typerna av fossila växter och djur och av egenskaperna hos sediment som finns bevarade i det stratigrafiska dokumentet. Det finns emellertid utbredda glaciala avlagringar, som registrerar flera stora perioder av forntida glaciation i olika delar av det geologiska rekordet. Sådana bevis tyder på stora perioder av glaciation före den nuvarande kvartära glaciationen.

En av de bäst dokumenterade registreringarna av pre-kvartär glaciation, kallad Karoo Ice Age , finns i de sena paleozoiska klipporna i Sydafrika , Indien , Sydamerika , Antarktis och Australien . Exponeringar av gamla glaciala avlagringar är många i dessa områden. Avlagringar av ännu äldre glaciala sediment finns på alla kontinenter utom Sydamerika. Dessa indikerar att två andra perioder av utbredd glaciation inträffade under det sena prekambrium, vilket producerade snöbollsjorden under den kryogeniska perioden.

Nästa glaciationsperiod

Ökning av atmosfärisk CO
₂ sedan den industriella revolutionen

Uppvärmningstrenden efter det sista istidsmaximum , sedan cirka 20 000 år sedan, har resulterat i en havsnivåhöjning med cirka 130 meter (427 fot). Denna uppvärmningstrend avtog för cirka 6 000 år sedan, och havsnivån har varit relativt stabil sedan yngre stenåldern . Den nuvarande interglaciala perioden (det holocena klimatoptimum ) har varit stabil och varm jämfört med de föregående, som avbröts av många köldperioder som varade i hundratals år. Denna stabilitet kan ha möjliggjort den neolitiska revolutionen och i förlängningen den mänskliga civilisationen .

Baserat på orbitalmodeller kommer kyltrenden som initierades för cirka 6 000 år sedan att fortsätta i ytterligare 23 000 år. Små förändringar i jordens omloppsparametrar kan dock tyda på att det, även utan mänskligt bidrag, inte kommer att finnas ytterligare en istid under de kommande 50 000 åren. Det är möjligt att den nuvarande avkylningstrenden kan avbrytas av en interstadial fas (en varmare period) om cirka 60 000 år, med nästa glaciala maximum nådd först om cirka 100 000 år.

Baserat på tidigare uppskattningar för interglacial varaktighet på cirka 10 000 år, på 1970-talet fanns det viss oro för att nästa glaciala period skulle vara nära förestående . Men små förändringar i excentriciteten i jordens omloppsbana runt solen tyder på en lång mellanistid som varar i ytterligare cirka 50 000 år. Dessutom anses mänsklig påverkan nu möjligen förlänga vad som redan skulle vara en ovanligt lång varm period. Projektionen av tidslinjen för nästa glaciala maximum beror mycket på mängden CO
₂ i atmosfären . Modeller som antar ökade CO
₂ -nivåer vid 750 ppm ( ppm ; nuvarande nivåer är 417 ppm) har uppskattat att den nuvarande interglaciala perioden består i ytterligare 50 000 år. Men nyare studier drog slutsatsen att mängden värmefångande gaser som släpps ut i jordens hav och atmosfär kommer att förhindra nästa glaciala (istid), som annars skulle börja om cirka 50 000 år, och troligen fler glaciala cykler.

externa länkar

Ordboksdefinitionen av glaciation på Wiktionary

Glaciärer och glaciation
Pleistocene glaciation och avledning av Missourifloden i norra Montana
Clark, Peter U.; Bartlein, Patrick J. (1995). "Korrelation av sen Pleistocene glaciation i västra USA med nordatlantiska Heinrich-händelser". Geologi . 23 (4): 483–6. Bibcode : 1995Geo....23..483C . doi : 10.1130/0091-7613(1995)023<0483:COLPGI>2.3.CO;2 .
Pielou, EC (2008). After the Ice Age: The Return of Life to Glaciated North America . University of Chicago Press. ISBN 978-0-226-66809-3 .
Alaskas glaciär och isfält
Pleistocenglaciationer vid Wayback Machine (arkiverad 7 februari 2012) (de senaste 2 miljoner åren)
IPCC:s Palaeoklimat (pdf) Arkiverad 2013-03-19 på Wayback Machine

Orsaker