Ледниковые периоды и история их изучения.

Введение

Период длительного снижения температуры поверхности Земли и атмосферы, ледниковые периоды в целом.

Ледниковый период – это продолжительный период снижения температуры поверхности Земли и атмосферы, приводящий к формированию или расширению континентальных и полярных ледниковых покровов и альпийских ледников. Климат Земли чередуется между ледниковыми периодами и периодами потепления, в течение которых на планете отсутствуют ледники. В настоящее время Земля находится в ледниковом периоде, называемом четвертичным оледенением. Отдельные фазы похолодания внутри ледникового периода называются ледниковыми периодами (гляциалами, стадиями оледенения, ледниковыми стадиями, стадиалами, стадиями или в разговорной речи – ледниковыми периодами), а кратковременные потепления внутри ледникового периода – межледниковьями или межстадиями. В гляциологии ледниковый период определяется наличием обширных ледяных щитов в северном и южном полушариях. Согласно этому определению, современный голоцен является межледниковой эпохой ледникового периода. Прогнозируется, что накопление антропогенных парниковых газов задержит наступление следующего ледникового периода.

История исследований

В 1742 году Пьер Мартель (1706–1767), инженер и географ, живший в Женеве, посетил долину Шамони в Савойских Альпах. Два года спустя он опубликовал описание своего путешествия. Он сообщил, что местные жители приписывали разброс эратических валунов ледникам, утверждая, что те некогда простирались гораздо дальше. Позднее подобные объяснения стали появляться и из других регионов Альп. В 1815 году плотник и охотник на серн Жан Пьер Перроден (1767–1858) объяснил наличие эратических валунов в Валь-де-Бане, в швейцарском кантоне Вале, тем, что ледники ранее простирались дальше. Неизвестный лесоруб из Мерингена в Бернском Оберланде высказал схожую идею в дискуссии со швейцарским геологом Жаном де Шарпентье (1786–1855) в 1834 году. Схожие объяснения также известны из Валь-де-Ферре в Вале, Зееланда в западной Швейцарии и из научных трудов Гёте. Подобные объяснения встречались и в других частях света. Когда баварский натуралист Эрнст фон Бибра (1806–1878) посетил чилийские Анды в 1849–1850 годах, местные жители объясняли наличие ископаемых морен прежним воздействием ледников. Тем временем европейские ученые начали задумываться о причинах распространения эратических отложений. Начиная с середины XVIII века, некоторые рассматривали лед как средство транспортировки. Шведский специалист по горному делу Даниэль Тилас (1712–1772) в 1742 году первым предположил, что дрейфующий морской лед мог быть причиной появления эратических валунов в Скандинавии и Прибалтике. В 1795 году шотландский философ и натуралист Джеймс Хаттон (1726–1797) объяснил эратические валуны в Альпах воздействием ледников. Два десятилетия спустя, в 1818 году, шведский ботаник Геран Валенберг (1780–1851) опубликовал свою теорию об оледенении Скандинавского полуострова, рассматривая оледенение как региональное явление. Лишь несколько лет спустя датско-норвежский геолог Йенс Эсмарк (1762–1839) высказался в пользу последовательности всемирных ледниковых периодов. В статье, опубликованной в 1824 году, Эсмарк предложил изменения климата в качестве причины этих оледенений, пытаясь показать, что они связаны с изменениями в орбите Земли. Эсмарк обнаружил сходство между моренами у озера Хаукаливатнет на уровне моря в Рогаланде и моренами в притоках Йостедалсбреена. Открытие Эсмарка впоследствии было приписано или присвоено Теодором Кьерулфом и Луи Агассизом. В последующие годы идеи Эсмарка обсуждались и частично принимались шведскими, шотландскими и немецкими учеными. В Эдинбургском университете Роберт Джеймсон (1774–1854), по мнению норвежского профессора гляциологии Бьёрна Г. Андерсена (1992), проявлял относительную открытость к идеям Эсмарка, что, вероятно, было вызвано работами самого Эсмарка. В Германии Альбрехт Рейнхард Бернарди (1797–1849), геолог и профессор лесного хозяйства в академии в Дрейссигакере (впоследствии вошедшей в южный тюрингский город Майнинген), принял теорию Эсмарка. В статье, опубликованной в 1832 году, Бернарди предположил, что полярные ледяные шапки когда-то достигали умеренных широт. В Валь-де-Бане, долине в швейцарских Альпах, долгое время бытовало местное убеждение, что долина когда-то была глубоко покрыта льдом, и в 1815 году местный охотник на серн Жан Пьер Перроден попытался убедить геолога Жана де Шарпентье в этой идее, указывая на глубокие борозды на скалах и гигантские эратические валуны в качестве доказательств. Шарпентье придерживался общепринятой точки зрения, что эти признаки были вызваны мощными наводнениями, и отверг теорию Перродена как абсурдную. В 1818 году инженер Игнац Венец присоединился к Перродену и Шарпентье для изучения проледникового озера над долиной, образованного ледяной плотиной в результате извержения горы Тамбора в 1815 году, которое угрожало вызвать катастрофическое наводнение при разрушении плотины. Перроден безуспешно пытался убедить своих спутников в своей теории, но когда плотина наконец разрушилась, наблюдались лишь незначительные эратические отложения и отсутствие бороздин, и Венец пришел к выводу, что Перроден был прав и только лед мог вызвать такие значительные последствия. В 1821 году он представил свою теорию в виде призовой работы в Швейцарском обществе, но она была опубликована только в 1834 году, когда Шарпентье, также ставший сторонником этой теории, опубликовал ее вместе со своей более широко читаемой работой. Тем временем немецкий ботаник Карл Фридрих Шипер (1803–1867) изучал мхи, растущие на эратических валунах в альпийских предгорьях Баварии. Он начал задумываться о происхождении этих огромных масс камней. Летом 1835 года он совершил несколько экскурсий в Баварские Альпы и пришел к выводу, что лед был средством транспортировки валунов в альпийских предгорьях. Зимой 1835–36 годов он читал лекции в Мюнхене, предполагая, что существовали глобальные периоды опустошения ("Verödungszeiten") с холодным климатом и замерзшей водой. Летом 1836 года Шипер провел месяцы в Девансе, недалеко от Бе, в швейцарских Альпах, со своим бывшим университетским другом Луи Агассизом (1801–1873) и Жаном де Шарпентье. Шипер, Шарпентье и, возможно, Венец убедили Агассиза в том, что существовало время оледенения. Зимой 1836–37 годов Агассиз и Шипер разработали теорию последовательности оледенений, опираясь в основном на предыдущие работы Венеца, Шарпентье и собственные полевые исследования. Агассиз, по-видимому, уже был знаком с работой Бернарди в то время. В начале 1837 года Шипер ввел термин "ледниковый период" ("Eiszeit") для периода существования ледников. В июле 1837 года Агассиз представил их синтез на ежегодном собрании Швейцарского общества естествоиспытателей в Невшателе, где аудитория отнеслась к новой теории критически, а некоторые даже выступили против нее, поскольку она противоречила общепринятым представлениям об истории климата. Большинство современных ученых считали, что Земля постепенно остывала с момента своего образования из расплавленной массы. Чтобы убедить скептиков, Агассиз отправился в геологические полевые исследования и опубликовал свою книгу "Исследования ледников" ("Études sur les glaciers") в 1840 году. Шарпентье был недоволен этим, поскольку также готовился к публикации книги об оледенении Альп и считал, что Агассиз должен был отдать ему приоритет, поскольку именно он познакомил Агассиза с углубленными исследованиями ледников. В результате личной вражды Агассиз также не упомянул Шипера в своей книге. Прошло несколько десятилетий, прежде чем теория ледникового периода была полностью принята научным сообществом, что произошло в международном масштабе во второй половине 1870-х годов, после работ Джеймса Кролла, включая публикацию "Климат и время в их геологических взаимосвязях" в 1875 году, которая предоставила убедительное объяснение причин ледниковых периодов.

In 1742, Pierre Martel (1706–1767), an engineer and geographer living in Geneva, visited the valley of Chamonix in the Alps of Savoy. Two years later he published an account of his journey. He reported that the inhabitants of that valley attributed the dispersal of erratic boulders to the glaciers, saying that they had once extended much farther. Later similar explanations were reported from other regions of the Alps. In 1815 the carpenter and chamois hunter Jean Pierre Perraudin (1767–1858) explained erratic boulders in the Val de Bagnes in the Swiss canton of Valais as being due to glaciers previously extending further. An unknown woodcutter from Meiringen in the Bernese Oberland advocated a similar idea in a discussion with the Swiss German geologist Jean de Charpentier (1786–1855) in 1834. Comparable explanations are also known from the Val de Ferret in the Valais and the Seeland in western Switzerland and in Goethe's scientific work. Such explanations could also be found in other parts of the world. When the Bavarian naturalist Ernst von Bibra (1806–1878) visited the Chilean Andes in 1849–1850, the natives attributed fossil moraines to the former action of glaciers. Meanwhile, European scholars had begun to wonder what had caused the dispersal of erratic material. From the middle of the 18th century, some discussed ice as a means of transport. The Swedish mining expert Daniel Tilas (1712–1772) was, in 1742, the first person to suggest drifting sea ice was a cause of the presence of erratic boulders in the Scandinavian and Baltic regions. In 1795, the Scottish philosopher and gentleman naturalist, James Hutton (1726–1797), explained erratic boulders in the Alps by the action of glaciers. Two decades later, in 1818, the Swedish botanist Göran Wahlenberg (1780–1851) published his theory of a glaciation of the Scandinavian peninsula. He regarded glaciation as a regional phenomenon. Only a few years later, the Danish Norwegian geologist Jens Esmark (1762–1839) argued for a sequence of worldwide ice ages. In a paper published in 1824, Esmark proposed changes in climate as the cause of those glaciations. He attempted to show that they originated from changes in Earth's orbit. Esmark discovered the similarity between moraines near Haukalivatnet lake near sea level in Rogaland and moraines at branches of Jostedalsbreen. Esmark's discovery were later attributed to or appropriated by Theodor Kjerulf and Louis Agassiz. During the following years, Esmark's ideas were discussed and taken over in parts by Swedish, Scottish and German scientists. At the University of Edinburgh Robert Jameson (1774–1854) seemed to be relatively open to Esmark's ideas, as reviewed by Norwegian professor of glaciology Bjørn G. Andersen (1992). Jameson's remarks about ancient glaciers in Scotland were most probably prompted by Esmark. In Germany, Albrecht Reinhard Bernhardi (1797–1849), a geologist and professor of forestry at an academy in Dreissigacker (since incorporated in the southern Thuringian city of Meiningen), adopted Esmark's theory. In a paper published in 1832, Bernhardi speculated about the polar ice caps once reaching as far as the temperate zones of the globe. In Val de Bagnes, a valley in the Swiss Alps, there was a long held local belief that the valley had once been covered deep in ice, and in 1815 a local chamois hunter called Jean Pierre Perraudin attempted to convert the geologist Jean de Charpentier to the idea, pointing to deep striations in the rocks and giant erratic boulders as evidence. Charpentier held the general view that these signs were caused by vast floods, and he rejected Perraudin's theory as absurd. In 1818 the engineer Ignatz Venetz joined Perraudin and Charpentier to examine a proglacial lake above the valley created by an ice dam as a result of the 1815 eruption of Mount Tambora, which threatened to cause a catastrophic flood when the dam broke. Perraudin attempted unsuccessfully to convert his companions to his theory, but when the dam finally broke, there were only minor erratics and no striations, and Venetz concluded that Perraudin was right and that only ice could have caused such major results. In 1821 he read a prize winning paper on the theory to the Swiss Society, but it was not published until Charpentier, who had also become converted, published it with his own more widely read paper in 1834. In the meantime, the German botanist Karl Friedrich Schimper (1803–1867) was studying mosses which were growing on erratic boulders in the alpine upland of Bavaria. He began to wonder where such masses of stone had come from. During the summer of 1835 he made some excursions to the Bavarian Alps. Schimper came to the conclusion that ice must have been the means of transport for the boulders in the alpine upland. In the winter of 1835–36 he held some lectures in Munich. Schimper then assumed that there must have been global times of obliteration ("Verödungszeiten") with a cold climate and frozen water. Schimper spent the summer months of 1836 at Devens, near Bex, in the Swiss Alps with his former university friend Louis Agassiz (1801–1873) and Jean de Charpentier. Schimper, Charpentier and possibly Venetz convinced Agassiz that there had been a time of glaciation. During the winter of 1836–37, Agassiz and Schimper developed the theory of a sequence of glaciations. They mainly drew upon the preceding works of Venetz, Charpentier and on their own fieldwork. Agassiz appears to have been already familiar with Bernhardi's paper at that time. At the beginning of 1837, Schimper coined the term "ice age" ("Eiszeit") for the period of the glaciers. In July 1837 Agassiz presented their synthesis before the annual meeting of the Swiss Society for Natural Research at Neuchâtel. The audience was very critical, and some were opposed to the new theory because it contradicted the established opinions on climatic history. Most contemporary scientists thought that Earth had been gradually cooling down since its birth as a molten globe. In order to persuade the skeptics, Agassiz embarked on geological fieldwork. He published his book Study on Glaciers ("Études sur les glaciers") in 1840. Charpentier was put out by this, as he had also been preparing a book about the glaciation of the Alps. Charpentier felt that Agassiz should have given him precedence as it was he who had introduced Agassiz to in depth glacial research. As a result of personal quarrels, Agassiz had also omitted any mention of Schimper in his book. It took several decades before the ice age theory was fully accepted by scientists. This happened on an international scale in the second half of the 1870s, following the work of James Croll, including the publication of Climate and Time, in Their Geological Relations in 1875, which provided a credible explanation for the causes of ice ages.

Основные ледниковые периоды

В истории Земли было по крайней мере пять крупных ледниковых периодов (Хуронский, Криогенский, Андский Сахарский, поздний Палеозойский и последний Четвертичный ледниковый период). За пределами этих эпох Земля, как считалось ранее, была свободна от льда даже в высоких широтах; такие периоды известны как парниковые периоды. Однако другие исследования оспаривают это, обнаружив свидетельства случайных оледенений на высоких широтах даже во время очевидных парниковых периодов. Скалы из самого раннего хорошо установленного ледникового периода, называемого Хуронским, датируются примерно 2,4–2,1 миллиарда лет назад в раннем протерозойском эоне. Несколько сотен километров Хуронской супергруппы обнажены к северу от северного берега озера Гурон, простираясь от близлежащего Солт-Сент-Мари до Садбери, к северо-востоку от озера Гурон, с гигантскими слоями теперь литифицированных моренных отложений, dropstones, варв, вымывных отложений и шлифованных скальных пород. Коррелятивные Хуронские отложения были найдены вблизи Маркетт, штат Мичиган, и установлена корреляция с палеопротерозойскими ледниковыми отложениями из Западной Австралии. Хуронский ледниковый период был вызван устранением атмосферного метана, парникового газа, во время Великого события кислородной революции. Следующий хорошо документированный ледниковый период, и, вероятно, самый суровый за последний миллиард лет, произошел от 720 до 630 миллионов лет назад (Криогенский период) и, возможно, создал Землю-снежный шар, в котором ледниковые щиты достигли экватора, возможно, завершившись накоплением парниковых газов, таких как выделяемые вулканами. "Присутствие льда на континентах и ледяного покрова в океанах будет препятствовать как силикатному выветриванию, так и фотосинтезу, которые являются двумя основными поглотителями в настоящее время". Предполагается, что окончание этого ледникового периода было ответственно за последующий Эдиакарский и Кембрийский взрыв, хотя эта модель является недавней и спорной. Андский Сахарский период произошел от 460 до 420 миллионов лет назад, в позднем ордовике и силурийском периоде. Эволюция наземных растений в начале девонского периода вызвала долгосрочное увеличение уровня кислорода на планете и снижение уровня, что привело к позднему палеозойскому ледниковому периоду. Его прежнее название, Каруское оледенение, было названо в честь ледниковых моренных отложений, найденных в регионе Кару в Южной Африке. В Южной Африке в течение карбона и раннего перма были обширные полярные ледяные шапки с интервалами от 360 до 260 миллионов лет назад. Корреляты известны из Аргентины, также в центре древнего суперконтинента Гондвана. Хотя мезозойская эра сохраняла тепличный климат на протяжении всего своего существования и ранее считалось, что она была полностью свободна от оледенений, более поздние исследования показывают, что в течение раннего мелового периода в обоих полушариях происходили кратковременные периоды оледенения. Геологические и палеоклиматологические данные свидетельствуют о существовании ледниковых периодов во время фаз Валанжина, Готерива и Аптия раннего мелового периода. Ледяные отложения, переносимые льдом, указывают на то, что в Северном полушарии ледяные щиты могли простираться на юг до Пиренейского полуострова во время Готерива и Аптия. Хотя ледниковые щиты в основном исчезли с Земли в течение остального периода (потенциальные сообщения из Турона, иначе самого теплого периода фанерозоя, оспариваются), четвертичное оледенение / Четвертичный ледниковый период начался около 2,58 миллиона лет назад в начале Четвертичного периода, когда началось распространение ледниковых щитов в Северном полушарии. С тех пор в мире наблюдаются циклы оледенения с продвижением и отступлением ледяных щитов в масштабах времени 40 000 и 100 000 лет, называемых ледниковыми периодами, ледниками или ледниковыми продвижениями, и межледниковыми периодами, межледниками или ледниковыми отступлениями. Земля в настоящее время находится в межледниковом периоде, и последний ледниковый период закончился около 11 700 лет назад. Все, что осталось от континентальных ледяных щитов, - это ледяные щиты Гренландии и Антарктики и меньшие ледники, такие как на острове Баффина. Определение Четвертичного периода как начавшегося 2,58 млн лет назад основано на формировании арктической ледяной шапки. Антарктический ледяной щит начал формироваться раньше, примерно 34 млн лет назад, в середине кайнозоя (граница эоцена-олигоцена). Термин "поздний кайнозойский ледниковый период" используется для включения этой ранней фазы. Ледниковые периоды можно далее подразделять по местоположению и времени; например, названия Рис (180 000–130 000 лет назад) и Вюрм (70 000–10 000 лет назад) относятся конкретно к оледенению в Альпийском регионе. Максимальное распространение льда не сохраняется в течение всего интервала. Разрушительное действие каждого оледенения имеет тенденцию удалять большую часть свидетельств предыдущих ледяных щитов почти полностью, за исключением регионов, где более поздний щит не достигает полного покрытия.

There have been at least five major ice ages in Earth's history (the Huronian, Cryogenian, Andean Saharan, late Paleozoic, and the latest Quaternary Ice Age). Outside these ages, Earth was previously thought to have been ice free even in high latitudes; such periods are known as greenhouse periods. However, other studies dispute this, finding evidence of occasional glaciations at high latitudes even during apparent greenhouse periods. Rocks from the earliest well established ice age, called the Huronian, have been dated to around 2.4 to 2.1 billion years ago during the early Proterozoic Eon. Several hundreds of kilometers of the Huronian Supergroup are exposed north of the north shore of Lake Huron, extending from near Sault Ste. Marie to Sudbury, northeast of Lake Huron, with giant layers of now lithified till beds, dropstones, varves, outwash, and scoured basement rocks. Correlative Huronian deposits have been found near Marquette, Michigan, and correlation has been made with Paleoproterozoic glacial deposits from Western Australia. The Huronian ice age was caused by the elimination of atmospheric methane, a greenhouse gas, during the Great Oxygenation Event. The next well documented ice age, and probably the most severe of the last billion years, occurred from 720 to 630 million years ago (the Cryogenian period) and may have produced a Snowball Earth in which glacial ice sheets reached the equator, possibly being ended by the accumulation of greenhouse gases such as produced by volcanoes. "The presence of ice on the continents and pack ice on the oceans would inhibit both silicate weathering and photosynthesis, which are the two major sinks for at present." It has been suggested that the end of this ice age was responsible for the subsequent Ediacaran and Cambrian explosion, though this model is recent and controversial. The Andean Saharan occurred from 460 to 420 million years ago, during the Late Ordovician and the Silurian period. The evolution of land plants at the onset of the Devonian period caused a long term increase in planetary oxygen levels and reduction of levels, which resulted in the late Paleozoic icehouse. Its former name, the Karoo glaciation, was named after the glacial tills found in the Karoo region of South Africa. There were extensive polar ice caps at intervals from 360 to 260 million years ago in South Africa during the Carboniferous and early Permian periods. Correlatives are known from Argentina, also in the center of the ancient supercontinent Gondwanaland. Although the Mesozoic Era retained a greenhouse climate over its timespan and was previously assumed to have been entirely glaciation free, more recent studies suggest that brief periods of glaciation occurred in both hemispheres during the Early Cretaceous. Geologic and palaeoclimatological records suggest the existence of glacial periods during the Valanginian, Hauterivian, and Aptian stages of the Early Cretaceous. Ice rafted glacial dropstones indicate that in the Northern Hemisphere, ice sheets may have extended as far south as the Iberian Peninsula during the Hauterivian and Aptian. Although ice sheets largely disappeared from Earth for the rest of the period (potential reports from the Turonian, otherwise the warmest period of the Phanerozoic, are disputed),

The Quaternary Glaciation / Quaternary Ice Age started about 2.58 million years ago at the beginning of the Quaternary Period when the spread of ice sheets in the Northern Hemisphere began. Since then, the world has seen cycles of glaciation with ice sheets advancing and retreating on 40,000 and 100,000 year time scales called glacial periods, glacials or glacial advances, and interglacial periods, interglacials or glacial retreats. Earth is currently in an interglacial, and the last glacial period ended about 11,700 years ago. All that remains of the continental ice sheets are the Greenland and Antarctic ice sheets and smaller glaciers such as on Baffin Island. The definition of the Quaternary as beginning 2.58 Ma is based on the formation of the Arctic ice cap. The Antarctic ice sheet began to form earlier, at about 34 Ma, in the mid Cenozoic (Eocene Oligocene Boundary). The term Late Cenozoic Ice Age is used to include this early phase. Ice ages can be further divided by location and time; for example, the names Riss (180,000–130,000 years bp) and Würm (70,000–10,000 years bp) refer specifically to glaciation in the Alpine region. The maximum extent of the ice is not maintained for the full interval. The scouring action of each glaciation tends to remove most of the evidence of prior ice sheets almost completely, except in regions where the later sheet does not achieve full coverage.

Ледниковые и межледниковые периоды

В рамках текущего оледенения происходили как более теплые, так и более холодные периоды. Холодные периоды называются ледниковыми, теплые – межледниковыми, например, эемский этап и ледниковый дом позднего палеозоя. Ледниковые циклы позднего палеозоя, вероятно, ответственны за отложения циклотемов. Ледниковые периоды характеризуются более холодным и сухим климатом на большей части Земли и обширными массивами суши и морского льда, распространяющимися от полюсов. Горные ледники в районах, не покрытых льдом, спускаются до более низких высот из-за понижения границы снежной линии. Уровень моря понижается из-за выноса больших объемов воды, заключенных во льдах, над уровнем моря. Существуют доказательства того, что оледенения нарушают циркуляцию океана. Ледниковые и межледниковые периоды совпадают с изменениями орбитального воздействия на климат, обусловленными циклами Миланковича – периодическими изменениями орбиты Земли и наклона ее оси вращения. Земля находится в межледниковом периоде, известном как голоцен, около 11 700 лет. В статье, опубликованной в журнале Nature в 2004 году, утверждается, что он наиболее похож на предыдущий межледниковый период, длившийся 28 000 лет. Прогнозируемые изменения орбитального воздействия указывают на то, что следующий ледниковый период начнется не ранее чем через 50 000 лет. Более того, антропогенное воздействие, вызванное увеличением концентрации парниковых газов, по оценкам, может превзойти орбитальное воздействие циклов Миланковича на сотни тысяч лет. В 1956 году Юинг и Донн предположили, что отсутствие льда в Северном Ледовитом океане приводит к увеличению снегопадов на высоких широтах. Когда Северный Ледовитый океан покрыт льдом с низкой температурой, испарение и сублимация незначительны, и полярные регионы относительно сухи с точки зрения осадков, сопоставимо с количеством осадков в пустынях умеренных широт. Это небольшое количество осадков позволяет таять снеговым покровам высоких широт в течение лета. Безледовый Северный Ледовитый океан поглощает солнечное излучение в течение долгих летних дней и испаряет больше воды в арктическую атмосферу. При увеличении осадков часть снега может не таять летом, что способствует формированию ледникового льда на более низких высотах и более южных широтах, снижая температуру над сушей за счет увеличения альбедо, как отмечалось выше. Кроме того, согласно этой гипотезе, отсутствие океанического пакового льда способствует увеличению обмена водами между Арктикой и Северной Атлантикой, что приводит к потеплению Арктики и охлаждению Северной Атлантики. (Современные прогнозы последствий глобального потепления включают кратковременный период безледового Северного Ледовитого океана к 2050 году.) Дополнительный приток пресной воды в Северную Атлантику во время потепления также может замедлить глобальную циркуляцию океанических вод. Такое замедление (за счет ослабления влияния Гольфстрима) окажет охлаждающий эффект на северную Европу, что, в свою очередь, приведет к увеличению задержки снежного покрова в низких широтах в течение лета. Также было предложено, что во время обширного оледенения ледники могут продвигаться через залив Святого Лаврентия, простираясь в Северную Атлантику настолько далеко, чтобы блокировать Гольфстрим.

Within the current glaciation, more temperate and more severe periods have occurred. The colder periods are called glacial periods, the warmer periods interglacials, such as the Eemian Stage. and the late Paleozoic ice house. The glacial cycles of the late Paleozoic ice house are likely responsible for the deposition of cyclothems. Glacials are characterized by cooler and drier climates over most of Earth and large land and sea ice masses extending outward from the poles. Mountain glaciers in otherwise unglaciated areas extend to lower elevations due to a lower snow line. Sea levels drop due to the removal of large volumes of water above sea level in the icecaps. There is evidence that ocean circulation patterns are disrupted by glaciations. The glacials and interglacials coincide with changes in orbital forcing of climate due to Milankovitch cycles, which are periodic changes in Earth's orbit and the tilt of Earth's rotational axis. Earth has been in an interglacial period known as the Holocene for around 11,700 years, and an article in Nature in 2004 argues that it might be most analogous to a previous interglacial that lasted 28,000 years. Predicted changes in orbital forcing suggest that the next glacial period would begin at least 50,000 years from now. Moreover, anthropogenic forcing from increased greenhouse gases is estimated to potentially outweigh the orbital forcing of the Milankovitch cycles for hundreds of thousands of years. In 1956, Ewing and Donn hypothesized that an ice free Arctic Ocean leads to increased snowfall at high latitudes. When low temperature ice covers the Arctic Ocean there is little evaporation or sublimation and the polar regions are quite dry in terms of precipitation, comparable to the amount found in mid latitude deserts. This low precipitation allows high latitude snowfalls to melt during the summer. An ice free Arctic Ocean absorbs solar radiation during the long summer days, and evaporates more water into the Arctic atmosphere. With higher precipitation, portions of this snow may not melt during the summer and so glacial ice can form at lower altitudes and more southerly latitudes, reducing the temperatures over land by increased albedo as noted above. Furthermore, under this hypothesis the lack of oceanic pack ice allows increased exchange of waters between the Arctic and the North Atlantic Oceans, warming the Arctic and cooling the North Atlantic. (Current projected consequences of global warming include a brief ice free Arctic Ocean period by 2050.) Additional fresh water flowing into the North Atlantic during a warming cycle may also reduce the global ocean water circulation. Such a reduction (by reducing the effects of the Gulf Stream) would have a cooling effect on northern Europe, which in turn would lead to increased low latitude snow retention during the summer. It has also been suggested that during an extensive glacial, glaciers may move through the Gulf of Saint Lawrence, extending into the North Atlantic Ocean far enough to block the Gulf Stream.

Отрицательно

Ледяные щиты, формирующиеся в периоды оледенений, разрушают земную поверхность под собой. Это может уменьшить площадь суши над уровнем моря и, следовательно, сократить пространство, на котором могут формироваться ледяные щиты. Это ослабляет обратную связь альбедо, как и повышение уровня моря, сопровождающее уменьшение площади ледяных щитов, поскольку открытый океан имеет более низкое альбедо, чем суша. Другим отрицательным механизмом обратной связи является увеличение засушливости при ледниковых максимумах, что снижает количество осадков, доступных для поддержания оледенения. Отступление ледников, вызванное этим или любым другим процессом, может усиливаться аналогичными обратными положительными обратными связями, как и при наступлении ледников. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature Geoscience, антропогенные выбросы углекислого газа (CO2) отодвинут наступление следующего ледникового периода. Исследователи использовали данные об орбите Земли, чтобы найти исторический теплый межледниковый период, наиболее похожий на нынешний, и на основе этого предсказали, что следующий ледниковый период обычно должен был начаться в течение 1500 лет. Они также предсказывают, что выбросы были настолько велики, что этого не произойдет.

Причины

Причины ледниковых периодов до конца не выяснены как для крупномасштабных периодов оледенения, так и для меньших колебаний ледниковых и межледниковых периодов внутри ледникового периода. Считается, что важную роль играют несколько факторов: состав атмосферы, в частности концентрации углекислого газа и метана (конкретные уровни этих газов теперь можно увидеть в новых образцах керна льда, полученных в рамках Европейского проекта по бурению ледяных кернов в Антарктике (EPICA) на Куполе С в Антарктике за последние 800 000 лет); изменения в орбите Земли вокруг Солнца, известные как циклы Миланковича; движение тектонических плит, приводящее к изменениям в относительном расположении и площади континентальной и океанической коры на поверхности Земли, что влияет на ветры и океанические течения; колебания солнечной активности; орбитальная динамика системы Земля-Луна; воздействие крупных метеоритов и вулканизм, включая извержения супервулканов. Некоторые из этих факторов взаимосвязаны. Например, изменения в составе атмосферы Земли (особенно концентрации парниковых газов) могут изменять климат, а изменение климата, в свою очередь, может изменять состав атмосферы (например, влияя на скорость выветривания). Морин Рэймо, Уильям Раддиман и другие предполагают, что Тибетское и Колорадское плато являются огромными "поглотителями", способными удалять из глобальной атмосферы достаточное количество веществ, чтобы быть значимым фактором, обусловившим 40-миллионную тенденцию к охлаждению в эпоху кайнозоя. Они также утверждают, что примерно половина их поднятия (и "поглощающей" способности) произошла за последние 10 миллионов лет.

Изменения в атмосфере Земли

Существуют доказательства того, что уровни парниковых газов снижались в начале ледниковых периодов и повышались во время отступления ледяных щитов, но установить причинно-следственную связь затруднительно (см. примечания выше о роли выветривания). На уровни парниковых газов могли также влиять другие факторы, предложенные в качестве причин ледниковых периодов, такие как движение континентов и вулканизм. Гипотеза «Земля-снежок» утверждает, что сильное замерзание в позднем протерозое было прекращено увеличением уровней парниковых газов в атмосфере, главным образом за счет вулканической активности, а некоторые сторонники этой гипотезы считают, что оно изначально было вызвано уменьшением концентрации парниковых газов в атмосфере. Гипотеза также предупреждает о возможности будущих периодов глобального оледенения, подобных «Земле-снежку». В 2009 году были получены дополнительные доказательства того, что изменения в солнечной инсоляции служат первоначальным толчком для потепления Земли после ледникового периода, а вторичные факторы, такие как увеличение парниковых газов, определяют масштаб этого потепления.

Поднимание тибетского плато

Геологическая теория развития ледникового периода, предложенная Маттиасом Куле, была вызвана существованием ледникового покрова, покрывавшего Тибетское плато в эпоху ледниковых периодов (последний ледниковый максимум?). По мнению Куле, тектоническое поднятие Тибета выше границы снежной линии привело к тому, что поверхность площадью около 2 400 000 квадратных километров (930 000 квадратных миль) сменила состояние с открытой земли на лед, обладающий на 70% большей отражательной способностью (альбедо). Отражение энергии в космос вызвало глобальное охлаждение, спровоцировав плейстоценовый ледниковый период. Поскольку это высокогорье расположено в субтропической зоне, получая в 4-5 раз больше солнечной радиации, чем области высоких широт, поверхность, которая могла бы быть сильнейшим источником нагрева Земли, превратилась в охлаждающую. Куле объясняет межледниковые периоды 100 000-летним циклом изменений радиации, обусловленным вариациями орбиты Земли. Это сравнительно небольшое потепление, в сочетании с опусканием нордических и тибетских внутренних ледяных щитов под весом ледникового покрова, приводило к повторному полному таянию внутренних ледяных щитов.

Изменения в орбите Земли

Циклы Миланковича — это набор циклических изменений характеристик орбиты Земли вокруг Солнца. Каждый цикл имеет разную продолжительность, поэтому в определенное время их эффекты усиливают друг друга, а в другое время они (частично) компенсируют друг друга. Существуют веские доказательства того, что циклы Миланковича влияют на наступление ледниковых и межледниковых периодов в рамках ледникового периода. Нынешний ледниковый период является наиболее изученным и понятным, особенно за последние 400 000 лет, поскольку этот период охватывается кернами льда, которые фиксируют состав атмосферы и прокси-данные о температуре и объеме льда. В течение этого периода соответствие частот ледниковых/межледниковых периодов периодам орбитального форсирования Миланковича настолько тесное, что орбитальное форсирование в целом принимается. Совместное влияние изменяющегося расстояния до Солнца, прецессии оси Земли и изменения наклона оси Земли перераспределяет солнечный свет, получаемый Землей. Особое значение имеют изменения наклона оси Земли, которые влияют на интенсивность сезонов. Например, количество солнечной радиации в июле на 65 градусах северной широты меняется до 22% (от 450 Вт/м² до 550 Вт/м²). Широко распространено мнение, что ледяные щиты расширяются, когда лето становится слишком холодным для таяния всего накопленного снега за предыдущую зиму. Некоторые полагают, что сила орбитального форсирования слишком мала для запуска оледенений, но механизмы обратной связи могут объяснить это несоответствие. В то время как форсирование Миланковича предполагает, что циклические изменения в орбитальных элементах Земли могут проявляться в летописи оледенений, необходимы дополнительные объяснения, чтобы определить, какие циклы, как показывают наблюдения, наиболее важны для определения сроков ледниковых и межледниковых периодов. В частности, в течение последних 800 000 лет доминирующим периодом колебаний ледниковых и межледниковых периодов было 100 000 лет, что соответствует изменениям в орбитальной эксцентриситете и наклоне орбиты Земли. Однако это, безусловно, самая слабая из трех частот, предсказанных Миланковичем. В период от 3,0 до 0,8 млн лет назад доминирующая картина оледенения соответствовала 41 000-летнему периоду изменений наклона оси Земли (обликвации). Причины доминирования одной частоты над другой изучены недостаточно и являются активной областью текущих исследований, но ответ, вероятно, связан с некоторой формой резонанса в климатической системе Земли. Недавние исследования показывают, что 100-тысячный цикл доминирует из-за увеличения площади морского льда у Южного полюса, что увеличивает общую солнечную отражательную способность. «Традиционное» объяснение Миланковича испытывает трудности с объяснением доминирования 100 000-летнего цикла в течение последних 8 циклов. Ричард А. Мюллер, Гордон Дж. Ф. Макдональд и другие указали на то, что эти расчеты относятся к двумерной орбите Земли, но трехмерная орбита также имеет 100 000-летний цикл наклона орбиты. Они предположили, что эти изменения наклона орбиты приводят к изменениям инсоляции, поскольку Земля движется внутрь и наружу известных пылевых полос в Солнечной системе. Хотя это другой механизм, чем традиционное представление, «предсказанные» периоды за последние 400 000 лет почти одинаковы. Теория Мюллера и Макдональда, в свою очередь, была оспорена Хосе Антонио Риалем. Другой исследователь, Уильям Раддиман, предложил модель, которая объясняет 100 000-летний цикл модулирующим эффектом эксцентриситета (слабый 100 000-летний цикл) на прецессию (26 000-летний цикл) в сочетании с обратной связью парниковых газов в 41 000 и 26 000-летних циклах. Еще одна теория была выдвинута Питером Хьюберсом, который утверждал, что 41 000-летний цикл всегда был доминирующим, но Земля вошла в режим климатического поведения, в котором только второй или третий цикл запускает ледниковый период. Это подразумевает, что периодичность 100 000 лет — это на самом деле иллюзия, созданная усреднением циклов продолжительностью 80 000 и 120 000 лет. Эта теория согласуется с простой эмпирической многосостоятельной моделью, предложенной Дидье Пейярдом. Пейяр утверждает, что поздние плейстоценовые ледниковые циклы можно рассматривать как скачки между тремя квазистабильными климатическими состояниями. Скачки вызываются орбитальным форсированием, в то время как в раннем плейстоцене 41 000-летние ледниковые циклы были результатом скачков между только двумя климатическими состояниями. Динамическая модель, объясняющая это поведение, была предложена Питером Дитлевсеном. Это подтверждает предположение о том, что поздние плейстоценовые ледниковые циклы обусловлены не слабым 100 000-летним циклом эксцентриситета, а нелинейным ответом в основном на 41 000-летний цикл обликвации.

The Milankovitch cycles are a set of cyclic variations in characteristics of Earth's orbit around the Sun. Each cycle has a different length, so at some times their effects reinforce each other and at other times they (partially) cancel each other. There is strong evidence that the Milankovitch cycles affect the occurrence of glacial and interglacial periods within an ice age. The present ice age is the most studied and best understood, particularly the last 400,000 years, since this is the period covered by ice cores that record atmospheric composition and proxies for temperature and ice volume. Within this period, the match of glacial/interglacial frequencies to the Milanković orbital forcing periods is so close that orbital forcing is generally accepted. The combined effects of the changing distance to the Sun, the precession of Earth's axis, and the changing tilt of Earth's axis redistribute the sunlight received by Earth. Of particular importance are changes in the tilt of Earth's axis, which affect the intensity of seasons. For example, the amount of solar influx in July at 65 degrees north latitude varies by as much as 22% (from 450 W/m2 to 550 W/m2). It is widely believed that ice sheets advance when summers become too cool to melt all of the accumulated snowfall from the previous winter. Some believe that the strength of the orbital forcing is too small to trigger glaciations, but feedback mechanisms like may explain this mismatch. While Milankovitch forcing predicts that cyclic changes in Earth's orbital elements can be expressed in the glaciation record, additional explanations are necessary to explain which cycles are observed to be most important in the timing of glacial–interglacial periods. In particular, during the last 800,000 years, the dominant period of glacial–interglacial oscillation has been 100,000 years, which corresponds to changes in Earth's orbital eccentricity and orbital inclination. Yet this is by far the weakest of the three frequencies predicted by Milankovitch. During the period 3.0–0.8 million years ago, the dominant pattern of glaciation corresponded to the 41,000 year period of changes in Earth's obliquity (tilt of the axis). The reasons for dominance of one frequency versus another are poorly understood and an active area of current research, but the answer probably relates to some form of resonance in Earth's climate system. Recent work suggests that the 100K year cycle dominates due to increased southern pole sea ice increasing total solar reflectivity. The "traditional" Milankovitch explanation struggles to explain the dominance of the 100,000 year cycle over the last 8 cycles. Richard A. Muller, Gordon J. F. MacDonald, and others have pointed out that those calculations are for a two dimensional orbit of Earth but the three dimensional orbit also has a 100,000 year cycle of orbital inclination. They proposed that these variations in orbital inclination lead to variations in insolation, as Earth moves in and out of known dust bands in the solar system. Although this is a different mechanism to the traditional view, the "predicted" periods over the last 400,000 years are nearly the same. The Muller and MacDonald theory, in turn, has been challenged by Jose Antonio Rial. Another worker, William Ruddiman, has suggested a model that explains the 100,000 year cycle by the modulating effect of eccentricity (weak 100,000 year cycle) on precession (26,000 year cycle) combined with greenhouse gas feedbacks in the 41,000 and 26,000 year cycles. Yet another theory has been advanced by Peter Huybers who argued that the 41,000 year cycle has always been dominant, but that Earth has entered a mode of climate behavior where only the second or third cycle triggers an ice age. This would imply that the 100,000 year periodicity is really an illusion created by averaging together cycles lasting 80,000 and 120,000 years. This theory is consistent with a simple empirical multi state model proposed by Didier Paillard. Paillard suggests that the late Pleistocene glacial cycles
can be seen as jumps between three quasi stable climate states. The jumps are induced by the orbital forcing, while in the early Pleistocene the 41,000 year glacial cycles resulted from jumps between only two climate states. A dynamical
model explaining this behavior was proposed by Peter Ditlevsen. This is in support of the suggestion that the late Pleistocene glacial cycles are not due to the weak 100,000 year eccentricity cycle, but a non linear response to mainly the 41,000 year obliquity cycle.

Вулканизм

Вулканические извержения могли способствовать началу и/или окончанию ледниковых периодов. В периоды палеоклимата уровень углекислого газа был в два-три раза выше, чем сейчас. Вулканы и движения континентальных плит способствовали высоким концентрациям CO2 в атмосфере. Углекислый газ, выделяемый вулканами, вероятно, способствовал периодам с наиболее высокими общими температурами. Одно из предложенных объяснений палеоцен-эоценового термического максимума заключается в том, что подводные вулканы высвобождали метан из гидратов, что привело к резкому и значительному усилению парникового эффекта. Геологических свидетельств таких извержений в нужное время не обнаружено, однако это не исключает их возможности.

Последние ледниковые и межледниковые фазы

Нынешний геологический период, Четвертичный, начавшийся около 2,6 миллиона лет назад и продолжающийся по сей день, Земля в настоящее время переживает межледниковый период Четвертичного периода, который называется Голоценом.

Ледниковые периоды в Северной Америке

Основными ледниковыми стадиями нынешнего ледникового периода в Северной Америке являются ледниковые периоды Иллинойса, Эмиана и Висконсина. Использование стадий Небраскана, Афтона, Кансана и Ярмутия для подразделения ледникового периода в Северной Америке было прекращено геологами и геоморфологами четвертичного периода. Все эти стадии были объединены в Пре-Иллинойскую в 1980-х годах. Во время последнего североамериканского оледенения, в конце последнего ледникового максимума (от 26 000 до 13 300 лет назад), ледяные щиты простирались примерно до 45-й параллели северной широты. Эти щиты были мощными. Соединенные долинные ледники, превышающие 100 км в длину, стекали по восточному склону этой части Анд на 32–34° ю. ш. и 69–71° з. д. до высоты 2060 м, а на западном подветренном склоне – еще глубже. Там, где современные ледники едва достигают 10 км в длину, высота границы снежного покрова (ELA) составляет 4600 м, а в то время она опустилась до 3200 м над уровнем моря, то есть примерно на 1400 м. Отсюда следует, что, помимо среднегодового понижения температуры примерно на 8,4 °C, произошло увеличение количества осадков. Соответственно, в ледниковые периоды влажный климатический пояс, который сегодня расположен на несколько градусов широты южнее, сместился значительно севернее.

Перераспределение ледяной воды на поверхности Земли и движение мантийных пород вызывают изменения в гравитационном поле, а также изменения в распределении момента инерции Земли. Эти изменения момента инерции приводят к изменению угловой скорости, оси и прецессии вращения Земли. Вес перераспределенной поверхностной массы нагрузил литосферу, вызвав ее изгиб и напряжения внутри Земли. Присутствие ледников обычно подавляло движение разломов в глубине. Во время дегляциации разломы испытывают ускоренное смещение, что вызывает землетрясения. Землетрясения, происходящие вблизи края ледника, в свою очередь, могут ускорить откол льда и объяснить события Генриха. По мере удаления льда вблизи края ледникового щита происходит увеличение количества внутриплитных землетрясений, и эта положительная обратная связь может объяснить быстрое разрушение ледяных щитов. В Европе ледниковая эрозия и изостатическое опускание из-за веса льда привели к образованию Балтийского моря, которое до ледникового периода представляло собой сушу, дренируемую рекой Эриданос.