Представьте себе горизонт Чикаго. А теперь представьте его под почти 3-километровым слоем льда. Так выглядел ландшафт на пике последнего ледникового периода.
В масштабах недавней геологической истории Земли это не было бы таким уж необычным зрелищем. За последние 2,6 миллиона лет (так называемый четвертичный период) планета пережила более 50 ледниковых периодов, между которыми были более теплые межледниковые периоды.
Но что заставляет ледниковые щиты и ледники периодически расширяться? Ледниковые периоды обусловлены сложным, взаимосвязанным комплексом факторов, включающим положение Земли в Солнечной системе и более локальные влияния, такие как уровень углекислого газа. Ученые все еще пытаются понять, как работает эта система, особенно потому, что вызванное человеком изменение климата, возможно, навсегда нарушило этот цикл.
Лишь несколько веков назад ученые начали распознавать намеки на глубокие заморозки в прошлом. В середине XIX века швейцарско-американский натуралист Луи Агассис задокументировал следы, оставленные ледниками на Земле, такие как нестандартные камни и гигантские кучи мусора, известные как морены, которые, по его мнению, древние ледники переносили и перемещали на большие расстояния.
К концу XIX века ученые назвали четыре ледниковых периода, происходивших в эпоху плейстоцена, которая длилась примерно с 2,6 миллиона лет назад до 11 700 лет назад. Однако только спустя десятилетия исследователи поняли, что эти холодные периоды наступали с гораздо большей регулярностью.
Крупный прорыв в понимании циклов ледникового периода произошел в 1940-х годах, когда сербский астрофизик Милутин Миланкович предложил то, что стало известно как циклы Миланковича понимание движения Земли, которое и сегодня используется для объяснения климатических колебаний.
Миланкович выделил три основных способа изменения орбиты Земли относительно Солнца, рассказал Live Science Марк Маслин, профессор палеоклиматологии в Университетском колледже Лондона. Эти факторы определяют, сколько солнечного излучения (другими словами, тепла) достигает планеты.
Во-первых, это эксцентричная форма орбиты Земли вокруг Солнца, которая меняется от почти круговой до эллиптической с периодичностью в 96 000 лет. "Причина, по которой она имеет такую выпуклость, заключается в том, что Юпитер, масса которого составляет 4% массы нашей Солнечной системы, оказывает сильное гравитационное воздействие, которое смещает орбиту Земли наружу, а затем обратно", объясняет Маслин.
Во-вторых, существует наклон Земли, который является причиной того, что у нас есть времена года. Наклон оси вращения Земли означает, что одно полушарие всегда отклонено от Солнца (что вызывает зиму), а другое к Солнцу (что вызывает лето). По словам Маслина, угол наклона меняется с периодичностью около 41 000 лет, что меняет выраженность времен года. "Если [ось] расположена более вертикально, то, конечно, лето будет менее теплым, а зима менее холодной".
В-третьих, существует колебание наклоненной оси Земли, которая движется, как вращающаяся вершина. "Происходит так: угловой момент Земли, которая раз в день очень быстро проходит круг за кругом, вызывает колебания оси", сказал Маслин. Это колебание происходит с периодичностью в 20 000 лет.
Миланкович определил, что орбитальные условия для прохладного лета были особенно важными предшественниками ледниковых периодов. "У вас всегда будет лед зимой", сказал Маслин. "Чтобы наступил ледниковый период, необходимо, чтобы часть этого льда сохранилась в течение лета".
Но для перехода к ледниковому периоду одних орбитальных явлений недостаточно. Фактической причиной ледникового периода является фундаментальная обратная связь в климатической системе, сказал Маслин. Ученые все еще выясняют, как различные экологические факторы влияют на оледенение и дегляциацию, но последние исследования показывают, что важную роль играет уровень парниковых газов в атмосфере.
Например, ученые из Потсдамского института исследования воздействия на климат (PIK) в Германии показали, что начало прошлых ледниковых периодов было вызвано в основном снижением уровня углекислого газа, а резкое увеличение содержания углекислого газа в атмосфере из-за антропогенных выбросов, вероятно, подавило наступление следующего ледникового периода на срок до 100 000 лет.
"Как никакая другая сила на планете, ледниковые периоды формировали глобальную окружающую среду и тем самым определяли развитие человеческой цивилизации", сказал в своем заявлении в 2016 году Ханс Йоахим Шельнхубер, тогдашний директор PIK и соавтор одного из этих исследований. "Например, своей плодородной почвой мы обязаны последнему ледниковому периоду, который также вырезал сегодняшние ландшафты, оставив после себя ледники и реки, образовав фьорды, морены и озера. Однако сегодня именно человечество с его выбросами от сжигания ископаемого топлива определяет будущее развитие планеты."
