Представьте себе, что под вами 3 километра льда. Так выглядел ландшафт на пике последнего ледникового периода.
В рамках недавней геологической истории Земли это было обычным зрелищем. За последние 2,6 миллиона лет (или так называемый четвертичный период) планета пережила более 50 ледниковых периодов, между которыми наступали теплые межледниковые периоды.
Но что заставляет ледяные щиты и ледники периодически расширяться? Ледниковый период обусловлен сложным, взаимосвязанным набором факторов, в том числе положением Земли в Солнечной системе и более локальными факторами, такими как уровень углекислого газа. Ученые все еще пытаются понять, как работает эта система, особенно потому, что изменение климата, вызванное деятельностью человека, могло навсегда прервать цикл.
Лишь несколько веков назад ученые начали распознавать намеки на прошлые глубокие морозы. В середине 19-го века швейцарско-американский натуралист Луи Агассис задокументировал следы, оставленные на Земле ледниками, такие как неожиданные в этой местности скалы и гигантские груды мусора, известные как морены, которые он подозревал, что древние ледники несли и толкали на большие расстояния.
К концу 19-го века ученые назвали четыре ледниковых периода, которые произошли в эпоху плейстоцена, которая длилась примерно от 2,6 млн. лет назад до примерно 11 700 лет назад. Однако лишь спустя десятилетия исследователи осознали, что эти холодные периоды наступили с гораздо большей регулярностью.
Астрофизические циклы Миланковича
Крупный прорыв в понимании циклов ледникового периода произошел в 1940-х годах, когда сербский астрофизик Милютин Миланкович предложил свои «циклы Миланковича», понимание движения Земли, которое до сих пор используется для объяснения изменения климата.
Миланкович выделил три основных способа изменения орбиты Земли относительно Солнца. Эти факторы определяют, сколько солнечного излучения (другими словами, тепла) достигает планеты.
Во-первых, существует эксцентричная форма орбиты Земли вокруг Солнца, которая изменяется от почти круглой до эллиптической на 96 000-летнем цикле.
«Причина, по которой она обладает такой выпуклостью, заключается в том, что Юпитер, который составляет 4% от массы нашей солнечной системы, обладает сильным гравитационным эффектом, который смещает орбиту Земли наружу, а затем обратно», - объяснил Марк Маслин, профессор палеоклиматологии в Университетском колледже Лондона.
Во-вторых, есть наклон Земли, поэтому у нас есть времена года. Наклонная ось вращения Земли означает, что одно полушарие всегда отклоняется от Солнца (вызывая зиму), в то время как другое наклоняется к Солнцу (вызывая лето). Маслин говорит, что угол этого наклона изменяется в течение примерно 41 000 лет, что меняет степень экстремальности сезонов.
«Если [ось] будет более вертикальной, то, конечно, лето будет менее теплым, а зима будет немного менее холодной», - пояснил Маслин.
В-третьих, колебание наклонной оси Земли, которая движется, как будто это волчок.
«Что происходит, так это то, что момент импульса Земли, вращающийся очень быстро один раз в день, также вызывает колебание оси», - сказал Маслин.
Это колебание происходит в цикле 20000 лет.
Миланкович определил, что орбитальные условия для прохладного лета были особенно важными предвестниками ледниковых периодов.
«У вас всегда будет лед зимой», - сказал Маслин. «Чтобы построить ледниковый период, вам нужно, чтобы часть этого льда выжила в течение лета».
Влияние антропоцена
Но для перехода в ледниковый период одних орбитальных явлений недостаточно. Профессор Маслин считает, что фактическая причина ледникового периода является фундаментальной обратной связью в климатической системе. Ученые до сих пор не знают, как различные факторы окружающей среды влияют на оледенение, но недавние исследования показали, что уровни парниковых газов в атмосфере играют важную роль.
Например, ученые из Потсдамского института исследований воздействия на климат (PIK) в Германии показали, что наступление прошлых ледниковых периодов было вызвано, главным образом, снижением содержания углекислого газа. Резкое увеличение содержания углекислого газа в атмосфере из-за воздействия человека, вызванное выбросами, вероятно, отсрочили наступление следующего ледникового периода на срок до 100 000 лет.
«Как никакая другая сила на планете, ледниковые периоды сформировали глобальную среду и тем самым определили развитие человеческой цивилизации», - заявил Ханс Йоахим Шеллнхубер, тогдашний директор PIK и соавтор одного из этих исследований. в 2016 году. «Например, мы обязаны своей плодородной почвой последнему ледниковому периоду, который также вырезал сегодняшние пейзажи, оставляя ледники и реки позади, образуя фьорды, морены и озера. Однако сегодня это человечество с его выбросами из ископаемого топлива определяет будущее развитие планеты».
